從單進程單線程到多進程多線程是操作系統(tǒng)發(fā)展的一種必然趨勢,當年的DOS系統(tǒng)屬于單任務操作系統(tǒng),最優(yōu)秀的程序員也只能通過駐留內存的方式實現(xiàn)所謂的"多任務",而如今的Win32操作系統(tǒng)卻可以一邊聽音樂,一邊編程,一邊打印文檔。 理解多線程及其同步、互斥等通信方式是理解現(xiàn)代操作系統(tǒng)的關鍵一環(huán),當我們精通了Win32多線程程序設計后,理解和學習其它操作系統(tǒng)的多任務控制也非常容易。因此,學習Win32多線程不僅對理解Win32本身有重要意義,而且對學習和領會其它操作系統(tǒng)也有觸類旁通的作用。
深入淺出Win32多線程程序設計之基本概念 引言
從單進程單線程到多進程多線程是操作系統(tǒng)發(fā)展的一種必然趨勢,當年的DOS系統(tǒng)屬于單任務操作系統(tǒng),最優(yōu)秀的程序員也只能通過駐留內存的方式實現(xiàn)所謂的"多任務",而如今的Win32操作系統(tǒng)卻可以一邊聽音樂,一邊編程,一邊打印文檔。
理解多線程及其同步、互斥等通信方式是理解現(xiàn)代操作系統(tǒng)的關鍵一環(huán),當我們精通了Win32多線程程序設計后,理解和學習其它操作系統(tǒng)的多任務控制也非常容易。許多程序員從來沒有學習過嵌入式系統(tǒng)領域著名的操作系統(tǒng)VxWorks,但是立馬就能在上面做開發(fā),大概要歸功于平時在Win32多線程上下的功夫。
因此,學習Win32多線程不僅對理解Win32本身有重要意義,而且對學習和領會其它操作系統(tǒng)也有觸類旁通的作用。
進程與線程
先闡述一下進程和線程的概念和區(qū)別,這是一個許多大學老師也講不清楚的問題。
進程(Process)是具有一定獨立功能的程序關于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動,是系統(tǒng)進行資源分配和調度的一個獨立單位。程序只是一組指令的有序集合,它本身沒有任何運行的含義,只是一個靜態(tài)實體。而進程則不同,它是程序在某個數(shù)據(jù)集上的執(zhí)行,是一個動態(tài)實體。它因創(chuàng)建而產生,因調度而運行,因等待資源或事件而被處于等待狀態(tài),因完成任務而被撤消,反映了一個程序在一定的數(shù)據(jù)集上運行的全部動態(tài)過程。
線程(Thread)是進程的一個實體,是CPU調度和分派的基本單位。線程不能夠獨立執(zhí)行,必須依存在應用程序中,由應用程序提供多個線程執(zhí)行控制。
線程和進程的關系是:線程是屬于進程的,線程運行在進程空間內,同一進程所產生的線程共享同一內存空間,當進程退出時該進程所產生的線程都會被強制退出并清除。線程可與屬于同一進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源,但是其本身基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點在運行中必不可少的信息(如程序計數(shù)器、一組寄存器和棧)。
根據(jù)進程與線程的設置,操作系統(tǒng)大致分為如下類型:
(1)單進程、單線程,MS-DOS大致是這種操作系統(tǒng);
(2)多進程、單線程,多數(shù)UNIX(及類UNIX的LINUX)是這種操作系統(tǒng);
(3)多進程、多線程,Win32(Windows
NT/2000/XP等)、Solaris
2.x和OS/2都是這種操作系統(tǒng);
?。?)單進程、多線程,VxWorks是這種操作系統(tǒng)。
在操作系統(tǒng)中引入線程帶來的主要好處是:
?。?)在進程內創(chuàng)建、終止線程比創(chuàng)建、終止進程要快;
?。?)同一進程內的線程間切換比進程間的切換要快,尤其是用戶級線程間的切換。另外,線程的出現(xiàn)還因為以下幾個原因:
?。?)并發(fā)程序的并發(fā)執(zhí)行,在多處理環(huán)境下更為有效。一個并發(fā)程序可以建立一個進程,而這個并發(fā)程序中的若干并發(fā)程序段就可以分別建立若干線程,使這些線程在不同的處理機上執(zhí)行。
?。?)每個進程具有獨立的地址空間,而該進程內的所有線程共享該地址空間。這樣可以解決父子進程模型中,子進程必須復制父進程地址空間的問題。
?。?)線程對解決客戶/服務器模型非常有效。
Win32進程
1、進程間通信(IPC)
Win32進程間通信的方式主要有:
(1)剪貼板(Clip
Board);
?。?)動態(tài)數(shù)據(jù)交換(Dynamic Data Exchange);
?。?)部件對象模型(Component
Object Model);
?。?)文件映射(File Mapping);
?。?)郵件槽(Mail
Slots);
(6)管道(Pipes);
(7)Win32套接字(Socket);
?。?)遠程過程調用(Remote
Procedure Call);
?。?)WM_COPYDATA消息(WM_COPYDATA
Message)。
2、獲取進程信息
在WIN32中,可使用在PSAPI .DLL中提供的Process status
Helper函數(shù)幫助我們獲取進程信息。
?。?)EnumProcesses()函數(shù)可以獲取進程的ID,其原型為:
BOOL EnumProcesses(DWORD * lpidProcess, DWORD cb,
DWORD*cbNeeded); | 參數(shù)lpidProcess:一個足夠大的DWORD類型的數(shù)組,用于存放進程的ID值;
參數(shù)cb:存放進程ID值的數(shù)組的最大長度,是一個DWORD類型的數(shù)據(jù);
參數(shù)cbNeeded:指向一個DWORD類型數(shù)據(jù)的指針,用于返回進程的數(shù)目;
函數(shù)返回值:如果調用成功,返回TRUE,同時將所有進程的ID值存放在lpidProcess參數(shù)所指向的數(shù)組中,進程個數(shù)存放在cbNeeded參數(shù)所指向的變量中;如果調用失敗,返回FALSE。
?。?)GetModuleFileNameExA()函數(shù)可以實現(xiàn)通過進程句柄獲取進程文件名,其原型為:
DWORD GetModuleFileNameExA(HANDLE hProcess, HMODULE hModule,LPTSTR
lpstrFileName, DWORD
nsize); | 參數(shù)hProcess:接受進程句柄的參數(shù),是HANDLE類型的變量;
參數(shù)hModule:指針型參數(shù),在本文的程序中取值為NULL;
參數(shù)lpstrFileName:LPTSTR類型的指針,用于接受主調函數(shù)傳遞來的用于存放進程名的字符數(shù)組指針;
參數(shù)nsize:lpstrFileName所指數(shù)組的長度;
函數(shù)返回值:如果調用成功,返回一個大于0的DWORD類型的數(shù)據(jù),同時將hProcess所對應的進程名存放在lpstrFileName參數(shù)所指向的數(shù)組中;加果調用失敗,則返回0。
通過下列代碼就可以遍歷系統(tǒng)中的進程,獲得進程列表:
//獲取當前進程總數(shù) EnumProcesses(process_ids, sizeof(process_ids), &num_processes); //遍歷進程 for (int i = 0; i < num_processes; i++) { //根據(jù)進程ID獲取句柄 process[i] = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ, 0, process_ids[i]); //通過句柄獲取進程文件名 if (GetModuleFileNameExA(process[i], NULL, File_name, sizeof(fileName))) cout << fileName << endl; } Win32線程
WIN32靠線程的優(yōu)先級(達到搶占式多任務的目的)及分配給線程的CPU時間來調度線程。WIN32本身的許多應用程序也利用了多線程的特性,如任務管理器等。
本質而言,一個處理器同一時刻只能執(zhí)行一個線程("微觀串行")。WIN32多任務機制使得CPU好像在同時處理多個任務一樣,實現(xiàn)了"宏觀并行"。其多線程調度的機制為:
(1)運行一個線程,直到被中斷或線程必須等待到某個資源可用;
?。?)保存當前執(zhí)行線程的描述表(上下文);
(3)裝入下一執(zhí)行線程的描述表(上下文);
(4)若存在等待被執(zhí)行的線程,則重復上述過程。
WIN32下的線程可能具有不同的優(yōu)先級,優(yōu)先級的范圍為0~31,共32級,其中31表示最高優(yōu)先級,優(yōu)先級0為系統(tǒng)保留。它們可以分成兩類,即實時優(yōu)先級和可變優(yōu)先級:
?。?)實時優(yōu)先級從16到31,是實時程序所用的高優(yōu)先級線程,如許多監(jiān)控類應用程序;
?。?)可變優(yōu)先級從1到15,絕大多數(shù)程序的優(yōu)先級都在這個范圍內。。WIN32調度器為了優(yōu)化系統(tǒng)響應時間,在它們執(zhí)行過程中可動態(tài)調整它們的優(yōu)先級。
多線程確實給應用開發(fā)帶來了許多好處,但并非任何情況下都要使用多線程,一定要根據(jù)應用程序的具體情況來綜合考慮。一般來說,在以下情況下可以考慮使用多線程:
?。?)應用程序中的各任務相對獨立;
?。?)某些任務耗時較多;
?。?)各任務需要有不同的優(yōu)先級。
另外,對于一些實時系統(tǒng)應用,應考慮多線程。
Win32核心對象
WIN32核心對象包括進程、線程、文件、事件、信號量、互斥體和管道,核心對象可能有不只一個擁有者,甚至可以跨進程。有一組WIN32
API與核心對象息息相關:
?。?)WaitForSingleObject,用于等待對象的"激活",其函數(shù)原型為:
DWORD WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, // 等待對象的句柄 DWORD
dwMilliseconds //
等待毫秒數(shù),INFINITE表示無限等待 ); | 可以作為WaitForSingleObject第一個參數(shù)的對象包括:Change
notification、Console input、Event、Job、Memory resource
notification、Mutex、Process、Semaphore、Thread和Waitable
timer。
如果等待的對象不可用,那么線程就會掛起,直到對象可用線程才會被喚醒。對不同的對象,WaitForSingleObject表現(xiàn)為不同的含義。例如,使用WaitForSingleObject(hThread,…)可以判斷一個線程是否結束;使用WaitForSingleObject(hMutex,…)可以判斷是否能夠進入臨界區(qū);而WaitForSingleObject
(hProcess,…
)則表現(xiàn)為等待一個進程的結束。
與WaitForSingleObject對應還有一個WaitForMultipleObjects函數(shù),可以用于等待多個對象,其原型為:
DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD nCount,const HANDLE* pHandles,BOOL
bWaitAll,DWORD
dwMilliseconds); | (2)CloseHandle,用于關閉對象,其函數(shù)原型為:
BOOL CloseHandle(HANDLE
hObject); | 如果函數(shù)執(zhí)行成功,則返回TRUE;否則返回FALSE,我們可以通過GetLastError函數(shù)進一步可以獲得錯誤原因。
C運行時庫
在VC++6.0中,有兩種多線程編程方法:一是使用C運行時庫及WIN32
API函數(shù),另一種方法是使用MFC,MFC對多線程開發(fā)有強大的支持。 標準C運行時庫是1970年問世的,當時還沒有多線程的概念。因此,C運行時庫早期的設計者們不可能考慮到讓其支持多線程應用程序。 Visual
C++提供了兩種版本的C運行時庫,-個版本供單線程應用程序調用,另一個版本供多線程應用程序調用。多線程運行時庫與單線程運行時庫有兩個重大差別:
?。?)類似errno的全局變量,每個線程單獨設置一個;
這樣從每個線程中可以獲取正確的錯誤信息。
?。?)多線程庫中的數(shù)據(jù)結構以同步機制加以保護。
這樣可以避免訪問時候的沖突。
Visual
C++提供的多線程運行時庫又分為靜態(tài)鏈接庫和動態(tài)鏈接庫兩類,而每一類運行時庫又可再分為debug版和release版,因此Visual
C++共提供了6個運行時庫。如下表:
C運行時庫 |
庫文件 |
Single thread(static link) |
libc.lib |
Debug single thread(static link) |
Libcd.lib |
MultiThread(static link) |
libcmt.lib |
Debug multiThread(static link) |
libcmtd.lib |
MultiThread(dynamic link) |
msvert.lib |
Debug multiThread(dynamic link) |
msvertd.lib | 如果不使用VC多線程C運行時庫來生成多線程程序,必須執(zhí)行下列操作:
(1)使用標準
C 庫(基于單線程)并且只允許可重入函數(shù)集進行庫調用;
?。?)使用 Win32 API 線程管理函數(shù),如
CreateThread;
(3)通過使用 Win32 服務(如信號量和 EnterCriticalSection 及
LeaveCriticalSection 函數(shù)),為不可重入的函數(shù)提供自己的同步。
如果使用標準 C
庫而調用VC運行時庫函數(shù),則在程序的link階段會提示如下錯誤:
error LNK2001: unresolved external symbol __endthreadex error LNK2001:
unresolved external symbol __beginthreadex | 深入淺出Win32多線程程序設計之線程控制 WIN32線程控制主要實現(xiàn)線程的創(chuàng)建、終止、掛起和恢復等操作,這些操作都依賴于WIN32提供的一組API和具體編譯器的C運行時庫函數(shù)。
1.線程函數(shù)
在啟動一個線程之前,必須為線程編寫一個全局的線程函數(shù),這個線程函數(shù)接受一個32位的LPVOID作為參數(shù),返回一個UINT,線程函數(shù)的結構為:
UINT ThreadFunction(LPVOID
pParam) { //線程處理代碼 return0; } | 在線程處理代碼部分通常包括一個死循環(huán),該循環(huán)中先等待某事情的發(fā)生,再處理相關的工作:
while(1) { WaitForSingleObject(…,…);//或WaitForMultipleObjects(…) //Do
something } | 一般來說,C++的類成員函數(shù)不能作為線程函數(shù)。這是因為在類中定義的成員函數(shù),編譯器會給其加上this指針。請看下列程序:
#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask
{ public: void taskmain(LPVOID param); void StartTask();
}; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {}
void
ExampleTask::StartTask() { _beginthread(taskmain,0,NULL); }
int main(int argc, char* argv[]) { ExampleTask
realTimeTask; realTimeTask.StartTask(); return
0; } | 程序編譯時出現(xiàn)如下錯誤:
error C2664: '_beginthread' : cannot convert parameter 1 from 'void (void
*)' to 'void (__cdecl *)(void *)' None of the functions with this name in
scope match the target type | 再看下列程序:
#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask
{ public: void taskmain(LPVOID param); };
void
ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {}
int main(int argc, char*
argv[]) { ExampleTask
realTimeTask; _beginthread(ExampleTask::taskmain,0,NULL); return
0; } | 程序編譯時會出錯:
error C2664: '_beginthread' : cannot convert parameter 1 from 'void (void
*)' to 'void (__cdecl *)(void *)' None of the functions with this name in
scope match the target
type | 如果一定要以類成員函數(shù)作為線程函數(shù),通常有如下解決方案:
(1)將該成員函數(shù)聲明為static類型,去掉this指針;
我們將上述二個程序改變?yōu)椋?br>
#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask
{ public: void static taskmain(LPVOID param); void
StartTask(); };
void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {}
void ExampleTask::StartTask() {
_beginthread(taskmain,0,NULL); }
int main(int argc, char*
argv[]) { ExampleTask
realTimeTask; realTimeTask.StartTask(); return 0; } 和 #include
"windows.h" #include <process.h> class ExampleTask {
public: void static taskmain(LPVOID param); };
void
ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {}
int main(int argc, char*
argv[]) { _beginthread(ExampleTask::taskmain,0,NULL); return
0; } | 均編譯通過。
將成員函數(shù)聲明為靜態(tài)雖然可以解決作為線程函數(shù)的問題,但是它帶來了新的問題,那就是static成員函數(shù)只能訪問static成員。解決此問題的一種途徑是可以在調用類靜態(tài)成員函數(shù)(線程函數(shù))時將this指針作為參數(shù)傳入,并在改線程函數(shù)中用強制類型轉換將this轉換成指向該類的指針,通過該指針訪問非靜態(tài)成員。
(2)不定義類成員函數(shù)為線程函數(shù),而將線程函數(shù)定義為類的友元函數(shù)。這樣,線程函數(shù)也可以有類成員函數(shù)同等的權限;
我們將程序修改為:
#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask
{ public: friend void taskmain(LPVOID param); void
StartTask(); };
void taskmain(LPVOID param) { ExampleTask *
pTaskMain = (ExampleTask *) param; //通過pTaskMain指針引用 }
void
ExampleTask::StartTask() { _beginthread(taskmain,0,this); } int
main(int argc, char* argv[]) { ExampleTask
realTimeTask; realTimeTask.StartTask(); return
0; } | (3)可以對非靜態(tài)成員函數(shù)實現(xiàn)回調,并訪問非靜態(tài)成員,此法涉及到一些高級技巧,在此不再詳述。
2.創(chuàng)建線程
進程的主線程由操作系統(tǒng)自動生成,Win32提供了CreateThread
API來完成用戶線程的創(chuàng)建,該API的原型為:
HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,//Pointer
to a SECURITY_ATTRIBUTES structure SIZE_T dwStackSize, //Initial size of the
stack, in bytes. LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID
lpParameter, //Pointer to a variable to be passed to the thread DWORD
dwCreationFlags, //Flags that control the creation of the thread LPDWORD
lpThreadId //Pointer to a variable that receives the thread
identifier ); | 如果使用C/C++語言編寫多線程應用程序,一定不能使用操作系統(tǒng)提供的CreateThread
API,而應該使用C/C++運行時庫中的_beginthread(或_beginthreadex),其函數(shù)原型為:
uintptr_t _beginthread( void( __cdecl *start_address )( void * ),
//Start address of routine that begins execution of new thread unsigned
stack_size, //Stack size for new thread or 0. void *arglist //Argument list
to be passed to new thread or NULL ); uintptr_t _beginthreadex( void
*security,//Pointer to a SECURITY_ATTRIBUTES structure unsigned
stack_size, unsigned ( __stdcall *start_address )( void * ), void
*arglist, unsigned initflag,//Initial state of new thread (0 for running or
CREATE_SUSPENDED for suspended); unsigned *thrdaddr
); | _beginthread函數(shù)與Win32 API
中的CreateThread函數(shù)類似,但有如下差異:
?。?)通過_beginthread函數(shù)我們可以利用其參數(shù)列表arglist將多個參數(shù)傳遞到線程;
?。?)_beginthread 函數(shù)初始化某些 C 運行時庫變量,在線程中若需要使用 C 運行時庫。
3.終止線程
線程的終止有如下四種方式:
?。?)線程函數(shù)返回;
(2)線程自身調用ExitThread
函數(shù)即終止自己,其原型為:
VOID ExitThread(UINT fuExitCode );
| 它將參數(shù)fuExitCode設置為線程的退出碼。
注意:如果使用C/C++編寫代碼,我們應該使用C/C++運行時庫函數(shù)_endthread
(_endthreadex)終止線程,決不能使用ExitThread! _endthread
函數(shù)對于線程內的條件終止很有用。例如,專門用于通信處理的線程若無法獲取對通信端口的控制,則會退出。
?。?)同一進程或其他進程的線程調用TerminateThread函數(shù),其原型為:
BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
| 該函數(shù)用來結束由hThread參數(shù)指定的線程,并把dwExitCode設成該線程的退出碼。當某個線程不再響應時,我們可以用其他線程調用該函數(shù)來終止這個不響應的線程。
?。?)包含線程的進程終止。
最好使用第1種方式終止線程,第2~4種方式都不宜采用。
4.掛起與恢復線程
當我們創(chuàng)建線程的時候,如果給其傳入CREATE_SUSPENDED標志,則該線程創(chuàng)建后被掛起,我們應使用ResumeThread恢復它:
DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);
| 如果ResumeThread函數(shù)運行成功,它將返回線程的前一個暫停計數(shù),否則返回0x
FFFFFFFF。
對于沒有被掛起的線程,程序員可以調用SuspendThread函數(shù)強行掛起之:
DWORD SuspendThread(HANDLE
hThread); | 一個線程可以被掛起多次。線程可以自行暫停運行,但是不能自行恢復運行。如果一個線程被掛起n次,則該線程也必須被恢復n次才可能得以執(zhí)行。
5.設置線程優(yōu)先級
當一個線程被首次創(chuàng)建時,它的優(yōu)先級等同于它所屬進程的優(yōu)先級。在單個進程內可以通過調用SetThreadPriority函數(shù)改變線程的相對優(yōu)先級。一個線程的優(yōu)先級是相對于其所屬進程的優(yōu)先級而言的。
BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread, int nPriority);
| 其中參數(shù)hThread是指向待修改優(yōu)先級線程的句柄,線程與包含它的進程的優(yōu)先級關系如下:
線程優(yōu)先級
= 進程類基本優(yōu)先級 +
線程相對優(yōu)先級
進程類的基本優(yōu)先級包括:
?。?)實時:REALTIME_PRIORITY_CLASS;
?。?)高:HIGH
_PRIORITY_CLASS;
?。?)高于正常:ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS;
(4)正常:NORMAL
_PRIORITY_CLASS;
?。?)低于正常:BELOW_ NORMAL
_PRIORITY_CLASS;
?。?)空閑:IDLE_PRIORITY_CLASS。
我們從Win32任務管理器中可以直觀的看到這六個進程類優(yōu)先級,如下圖:
線程的相對優(yōu)先級包括:
(1)空閑:THREAD_PRIORITY_IDLE;
?。?)最低線程:THREAD_PRIORITY_LOWEST;
?。?)低于正常線程:THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL;
?。?)正常線程:THREAD_PRIORITY_
NORMAL
(缺省);
?。?)高于正常線程:THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL;
(6)最高線程:THREAD_PRIORITY_HIGHEST;
?。?)關鍵時間:THREAD_PRIOTITY_CRITICAL。
下圖給出了進程優(yōu)先級和線程相對優(yōu)先級的映射關系:
例如:
HANDLE hCurrentThread =
GetCurrentThread(); //獲得該線程句柄 SetThreadPriority(hCurrentThread,
THREAD_PRIORITY_LOWEST); | 6.睡眠
VOID Sleep(DWORD
dwMilliseconds); | 該函數(shù)可使線程暫停自己的運行,直到dwMilliseconds毫秒過去為止。它告訴系統(tǒng),自身不想在某個時間段內被調度。
7.其它重要API
獲得線程優(yōu)先級
一個線程被創(chuàng)建時,就會有一個默認的優(yōu)先級,但是有時要動態(tài)地改變一個線程的優(yōu)先級,有時需獲得一個線程的優(yōu)先級。
Int GetThreadPriority (HANDLE
hThread); | 如果函數(shù)執(zhí)行發(fā)生錯誤,會返回THREAD_PRIORITY_ERROR_RETURN標志。如果函數(shù)成功地執(zhí)行,會返回優(yōu)先級標志。
獲得線程退出碼
BOOL WINAPI GetExitCodeThread( HANDLE hThread, LPDWORD
lpExitCode ); | 如果執(zhí)行成功,GetExitCodeThread返回TRUE,退出碼被lpExitCode指向內存記錄;否則返回FALSE,我們可通過GetLastError()獲知錯誤原因。如果線程尚未結束,lpExitCode帶回來的將是STILL_ALIVE。
獲得/設置線程上下文 BOOL WINAPI GetThreadContext( HANDLE
hThread, LPCONTEXT lpContext ); BOOL WINAPI
SetThreadContext( HANDLE hThread, CONST CONTEXT
*lpContext ); | 由于GetThreadContext和SetThreadContext可以操作CPU內部的寄存器,因此在一些高級技巧的編程中有一定應用。譬如,調試器可利用GetThreadContext掛起被調試線程獲取其上下文,并設置上下文中的標志寄存器中的陷阱標志位,最后通過SetThreadContext使設置生效來進行單步調試。
8.實例
以下程序使用CreateThread創(chuàng)建兩個線程,在這兩個線程中Sleep一段時間,主線程通過GetExitCodeThread來判斷兩個線程是否結束運行:
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN #include <stdio.h> #include
<stdlib.h> #include <windows.h> #include
<conio.h>
DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID);
int
main() { HANDLE hThrd1; HANDLE hThrd2; DWORD exitCode1 =
0; DWORD exitCode2 = 0; DWORD threadId;
hThrd1 =
CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, (LPVOID)1, 0, &threadId ); if
(hThrd1) printf("Thread 1 launched\n");
hThrd2 = CreateThread(NULL,
0, ThreadFunc, (LPVOID)2, 0, &threadId ); if
(hThrd2) printf("Thread 2 launched\n");
// Keep waiting until both
calls to GetExitCodeThread succeed AND // neither of them returns
STILL_ACTIVE. for (;;) { printf("Press any key to
exit..\n"); getch();
GetExitCodeThread(hThrd1,
&exitCode1); GetExitCodeThread(hThrd2, &exitCode2); if (
exitCode1 == STILL_ACTIVE ) puts("Thread 1 is still running!"); if (
exitCode2 == STILL_ACTIVE ) puts("Thread 2 is still running!"); if (
exitCode1 != STILL_ACTIVE && exitCode2 != STILL_ACTIVE
) break; }
CloseHandle(hThrd1); CloseHandle(hThrd2);
printf("Thread
1 returned %d\n", exitCode1); printf("Thread 2 returned %d\n",
exitCode2);
return EXIT_SUCCESS; }
/* * Take the startup
value, do some simple math on it, * and return the calculated
value. */ DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID
n) { Sleep((DWORD)n*1000*2); return (DWORD)n *
10; } | 通過下面的程序我們可以看出多線程程序運行順序的難以預料以及WINAPI的CreateThread函數(shù)與C運行時庫的_beginthread的差別:
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN #include <stdio.h> #include
<stdlib.h> #include <windows.h>
DWORD WINAPI
ThreadFunc(LPVOID);
int main() { HANDLE hThrd; DWORD
threadId; int i;
for (i = 0; i < 5; i++) { hThrd =
CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, (LPVOID)i, 0, &threadId); if
(hThrd) { printf("Thread launched %d\n",
i); CloseHandle(hThrd); } } // Wait for the threads to
complete. Sleep(2000);
return EXIT_SUCCESS; }
DWORD WINAPI
ThreadFunc(LPVOID n) { int i; for (i = 0; i < 10;
i++) printf("%d%d%d%d%d%d%d%d\n", n, n, n, n, n, n, n, n); return
0; } | 運行的輸出具有很大的隨機性,這里摘取了幾次結果的一部分(幾乎每一次都不同):
如果我們使用標準C庫函數(shù)而不是多線程版的運行時庫,則程序可能輸出"3333444444"這樣的結果,而使用多線程運行時庫后,則可避免這一問題。
下列程序在主線程中創(chuàng)建一個SecondThread,在SecondThread線程中通過自增對Counter計數(shù)到1000000,主線程一直等待其結束:
#include <Win32.h> #include <stdio.h> #include
<process.h>
unsigned Counter; unsigned __stdcall
SecondThreadFunc(void *pArguments) { printf("In second
thread...\n");
while (Counter <
1000000) Counter++;
_endthreadex(0); return 0; }
int
main() { HANDLE hThread; unsigned threadID;
printf("Creating
second thread...\n");
// Create the second thread. hThread =
(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, &SecondThreadFunc, NULL, 0,
&threadID);
// Wait until second thread terminates
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); printf("Counter should be
1000000; it is-> %d\n", Counter); // Destroy the thread
object. CloseHandle(hThread); }
| 深入淺出Win32多線程程序設計之線程通信 簡介 線程之間通信的兩個基本問題是互斥和同步。 線程同步是指線程之間所具有的一種制約關系,一個線程的執(zhí)行依賴另一個線程的消息,當它沒有得到另一個線程的消息時應等待,直到消息到達時才被喚醒。 線程互斥是指對于共享的操作系統(tǒng)資源(指的是廣義的"資源",而不是Windows的.res文件,譬如全局變量就是一種共享資源),在各線程訪問時的排它性。當有若干個線程都要使用某一共享資源時,任何時刻最多只允許一個線程去使用,其它要使用該資源的線程必須等待,直到占用資源者釋放該資源。 線程互斥是一種特殊的線程同步。 實際上,互斥和同步對應著線程間通信發(fā)生的兩種情況: ?。?)當有多個線程訪問共享資源而不使資源被破壞時; ?。?)當一個線程需要將某個任務已經完成的情況通知另外一個或多個線程時。 在WIN32中,同步機制主要有以下幾種: ?。?)事件(Event); (2)信號量(semaphore); ?。?)互斥量(mutex); ?。?)臨界區(qū)(Critical
section)。 全局變量 因為進程中的所有線程均可以訪問所有的全局變量,因而全局變量成為Win32多線程通信的最簡單方式。例如:
int var; //全局變量 UINT ThreadFunction(LPVOIDpParam) { var =
0; while (var <
MaxValue) { //線程處理 ::InterlockedIncrement(long*)
&var); } return 0; } 請看下列程序: int globalFlag = false;
DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID n) { Sleep(2000); globalFlag =
true;
return 0; }
int main() { HANDLE hThrd; DWORD
threadId;
hThrd = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0,
&threadId); if (hThrd) { printf("Thread
launched\n"); CloseHandle(hThrd); }
while
(!globalFlag) ; printf("exit\n"); } | 上述程序中使用全局變量和while循環(huán)查詢進行線程間同步,實際上,這是一種應該避免的方法,因為:
?。?)當主線程必須使自己與ThreadFunc函數(shù)的完成運行實現(xiàn)同步時,它并沒有使自己進入睡眠狀態(tài)。由于主線程沒有進入睡眠狀態(tài),因此操作系統(tǒng)繼續(xù)為它調度C
P
U時間,這就要占用其他線程的寶貴時間周期; (2)當主線程的優(yōu)先級高于執(zhí)行ThreadFunc函數(shù)的線程時,就會發(fā)生globalFlag永遠不能被賦值為true的情況。因為在這種情況下,系統(tǒng)決不會將任何時間片分配給ThreadFunc線程。 事件 事件(Event)是WIN32提供的最靈活的線程間同步方式,事件可以處于激發(fā)狀態(tài)(signaled
or true)或未激發(fā)狀態(tài)(unsignal or
false)。根據(jù)狀態(tài)變遷方式的不同,事件可分為兩類: ?。?)手動設置:這種對象只可能用程序手動設置,在需要該事件或者事件發(fā)生時,采用SetEvent及ResetEvent來進行設置。 (2)自動恢復:一旦事件發(fā)生并被處理后,自動恢復到沒有事件狀態(tài),不需要再次設置。 創(chuàng)建事件的函數(shù)原型為:
HANDLE CreateEvent( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes, //
SECURITY_ATTRIBUTES結構指針,可為NULL BOOL bManualReset, // 手動/自動 //
TRUE:在WaitForSingleObject后必須手動調用ResetEvent清除信號 //
FALSE:在WaitForSingleObject后,系統(tǒng)自動清除事件信號 BOOL bInitialState,
//初始狀態(tài) LPCTSTR lpName
//事件的名稱 ); | 使用"事件"機制應注意以下事項: ?。?)如果跨進程訪問事件,必須對事件命名,在對事件命名的時候,要注意不要與系統(tǒng)命名空間中的其它全局命名對象沖突; ?。?)事件是否要自動恢復; (3)事件的初始狀態(tài)設置。 由于event對象屬于內核對象,故進程B可以調用OpenEvent函數(shù)通過對象的名字獲得進程A中event對象的句柄,然后將這個句柄用于ResetEvent、SetEvent和WaitForMultipleObjects等函數(shù)中。此法可以實現(xiàn)一個進程的線程控制另一進程中線程的運行,例如:
HANDLE hEvent=OpenEvent(EVENT_ALL_ACCESS,true,"MyEvent");
ResetEvent(hEvent); | 臨界區(qū) 定義臨界區(qū)變量
CRITICAL_SECTION
gCriticalSection; | 通常情況下,CRITICAL_SECTION結構體應該被定義為全局變量,以便于進程中的所有線程方便地按照變量名來引用該結構體。 初始化臨界區(qū)
VOID WINAPI InitializeCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection //指向程序員定義的CRITICAL_SECTION變量 ); | 該函數(shù)用于對pcs所指的CRITICAL_SECTION結構體進行初始化。該函數(shù)只是設置了一些成員變量,它的運行一般不會失敗,因此它采用了VOID類型的返回值。該函數(shù)必須在任何線程調用EnterCriticalSection函數(shù)之前被調用,如果一個線程試圖進入一個未初始化的CRTICAL_SECTION,那么結果將是很難預計的。 刪除臨界區(qū)
VOID WINAPI DeleteCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection //指向一個不再需要的CRITICAL_SECTION變量 ); | 進入臨界區(qū)
VOID WINAPI EnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection //指向一個你即將鎖定的CRITICAL_SECTION變量 ); | 離開臨界區(qū)
VOID WINAPI LeaveCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection //指向一個你即將離開的CRITICAL_SECTION變量 ); | 使用臨界區(qū)編程的一般方法是:
void
UpdateData() { EnterCriticalSection(&gCriticalSection); ...//do
something LeaveCriticalSection(&gCriticalSection); } | 關于臨界區(qū)的使用,有下列注意點: ?。?)每個共享資源使用一個CRITICAL_SECTION變量; ?。?)不要長時間運行關鍵代碼段,當一個關鍵代碼段長時間運行時,其他線程就會進入等待狀態(tài),這會降低應用程序的運行性能; ?。?)如果需要同時訪問多個資源,則可能連續(xù)調用EnterCriticalSection; ?。?)Critical
Section不是OS核心對象,如果進入臨界區(qū)的線程"掛"了,將無法釋放臨界資源。這個缺點在Mutex中得到了彌補。 互斥 互斥量的作用是保證每次只能有一個線程獲得互斥量而得以繼續(xù)執(zhí)行,使用CreateMutex函數(shù)創(chuàng)建:
HANDLE CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, //
安全屬性結構指針,可為NULL BOOL bInitialOwner,
//是否占有該互斥量,TRUE:占有,F(xiàn)ALSE:不占有 LPCTSTR lpName
//信號量的名稱 );
| Mutex是核心對象,可以跨進程訪問,下面的代碼給出了從另一進程訪問命名Mutex的例子:
HANDLE hMutex; hMutex = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, L"mutexName");
if (hMutex){ …
} else{ … } | 相關API:
BOOL WINAPI ReleaseMutex( HANDLE
hMutex ); | 使用互斥編程的一般方法是:
void UpdateResource() { WaitForSingleObject(hMutex,…); ...//do
something ReleaseMutex(hMutex); } | 互斥(mutex)內核對象能夠確保線程擁有對單個資源的互斥訪問權。互斥對象的行為特性與臨界區(qū)相同,但是互斥對象屬于內核對象,而臨界區(qū)則屬于用戶方式對象,因此這導致mutex與Critical
Section的如下不同: (1) 互斥對象的運行速度比關鍵代碼段要慢; (2)
不同進程中的多個線程能夠訪問單個互斥對象; ?。?)
線程在等待訪問資源時可以設定一個超時值。 下圖更詳細地列出了互斥與臨界區(qū)的不同:
信號量
信號量是維護0到指定最大值之間的同步對象。信號量狀態(tài)在其計數(shù)大于0時是有信號的,而其計數(shù)是0時是無信號的。信號量對象在控制上可以支持有限數(shù)量共享資源的訪問。
信號量的特點和用途可用下列幾句話定義:
?。?)如果當前資源的數(shù)量大于0,則信號量有效;
(2)如果當前資源數(shù)量是0,則信號量無效;
?。?)系統(tǒng)決不允許當前資源的數(shù)量為負值;
(4)當前資源數(shù)量決不能大于最大資源數(shù)量。
創(chuàng)建信號量
HANDLE CreateSemaphore ( PSECURITY_ATTRIBUTE psa, LONG
lInitialCount, //開始時可供使用的資源數(shù) LONG lMaximumCount, //最大資源數(shù) PCTSTR
pszName); |
釋放信號量
通過調用ReleaseSemaphore函數(shù),線程就能夠對信標的當前資源數(shù)量進行遞增,該函數(shù)原型為:
BOOL WINAPI ReleaseSemaphore( HANDLE hSemaphore, LONG lReleaseCount,
//信號量的當前資源數(shù)增加lReleaseCount LPLONG
lpPreviousCount ); |
打開信號量
和其他核心對象一樣,信號量也可以通過名字跨進程訪問,打開信號量的API為:
HANDLE OpenSemaphore ( DWORD fdwAccess, BOOL
bInherithandle, PCTSTR
pszName ); |
互鎖訪問
當必須以原子操作方式來修改單個值時,互鎖訪問函數(shù)是相當有用的。所謂原子訪問,是指線程在訪問資源時能夠確保所有其他線程都不在同一時間內訪問相同的資源。
請看下列代碼:
int globalVar = 0;
DWORD WINAPI ThreadFunc1(LPVOID
n) { globalVar++; return 0; } DWORD WINAPI ThreadFunc2(LPVOID
n) { globalVar++; return
0; } |
運行ThreadFunc1和ThreadFunc2線程,結果是不可預料的,因為globalVar++并不對應著一條機器指令,我們看看globalVar++的反匯編代碼:
00401038 mov eax,[globalVar (0042d3f0)] 0040103D add eax,1 00401040
mov [globalVar (0042d3f0)],eax |
在"mov
eax,[globalVar (0042d3f0)]" 指令與"add eax,1" 指令以及"add eax,1" 指令與"mov [globalVar
(0042d3f0)],eax"指令之間都可能發(fā)生線程切換,使得程序的執(zhí)行后globalVar的結果不能確定。我們可以使用InterlockedExchangeAdd函數(shù)解決這個問題:
int globalVar = 0;
DWORD WINAPI ThreadFunc1(LPVOID
n) { InterlockedExchangeAdd(&globalVar,1); return
0; } DWORD WINAPI ThreadFunc2(LPVOID
n) { InterlockedExchangeAdd(&globalVar,1); return
0; } |
InterlockedExchangeAdd保證對變量globalVar的訪問具有"原子性"?;ユi訪問的控制速度非??欤{用一個互鎖函數(shù)的CPU周期通常小于50,不需要進行用戶方式與內核方式的切換(該切換通常需要運行1000個CPU周期)。
互鎖訪問函數(shù)的缺點在于其只能對單一變量進行原子訪問,如果要訪問的資源比較復雜,仍要使用臨界區(qū)或互斥。
可等待定時器
可等待定時器是在某個時間或按規(guī)定的間隔時間發(fā)出自己的信號通知的內核對象。它們通常用來在某個時間執(zhí)行某個操作。
創(chuàng)建可等待定時器
HANDLE CreateWaitableTimer( PSECURITY_ATTRISUTES psa, BOOL
fManualReset,//人工重置或自動重置定時器 PCTSTR
pszName); |
設置可等待定時器
可等待定時器對象在非激活狀態(tài)下被創(chuàng)建,程序員應調用
SetWaitableTimer函數(shù)來界定定時器在何時被激活:
BOOL SetWaitableTimer( HANDLE hTimer, //要設置的定時器 const LARGE_INTEGER
*pDueTime, //指明定時器第一次激活的時間 LONG lPeriod,
//指明此后定時器應該間隔多長時間激活一次 PTIMERAPCROUTINE pfnCompletionRoutine, PVOID
PvArgToCompletionRoutine, BOOL
fResume); |
取消可等待定時器
BOOl Cancel WaitableTimer( HANDLE hTimer
//要取消的定時器 ); |
打開可等待定時器
作為一種內核對象,WaitableTimer也可以被其他進程以名字打開:
HANDLE OpenWaitableTimer ( DWORD fdwAccess, BOOL
bInherithandle, PCTSTR
pszName ); |
實例
下面給出的一個程序可能發(fā)生死鎖現(xiàn)象:
#include <windows.h> #include <stdio.h> CRITICAL_SECTION
cs1, cs2; long WINAPI ThreadFn(long); main() { long
iThreadID; InitializeCriticalSection(&cs1); InitializeCriticalSection(&cs2); CloseHandle(CreateThread(NULL,
0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFn, NULL, 0,&iThreadID)); while
(TRUE) { EnterCriticalSection(&cs1); printf("\n線程1占用臨界區(qū)1"); EnterCriticalSection(&cs2); printf("\n線程1占用臨界區(qū)2");
printf("\n線程1占用兩個臨界區(qū)");
LeaveCriticalSection(&cs2); LeaveCriticalSection(&cs1);
printf("\n線程1釋放兩個臨界區(qū)"); Sleep(20); }; return
(0); }
long WINAPI ThreadFn(long lParam) { while
(TRUE) { EnterCriticalSection(&cs2); printf("\n線程2占用臨界區(qū)2"); EnterCriticalSection(&cs1); printf("\n線程2占用臨界區(qū)1");
printf("\n線程2占用兩個臨界區(qū)");
LeaveCriticalSection(&cs1); LeaveCriticalSection(&cs2);
printf("\n線程2釋放兩個臨界區(qū)"); Sleep(20); }; } |
運行這個程序,在中途一旦發(fā)生這樣的輸出:
線程1占用臨界區(qū)1
線程2占用臨界區(qū)2
或
線程2占用臨界區(qū)2
線程1占用臨界區(qū)1
或
線程1占用臨界區(qū)2
線程2占用臨界區(qū)1
或
線程2占用臨界區(qū)1
線程1占用臨界區(qū)2
程序就"死"掉了,再也運行不下去。因為這樣的輸出,意味著兩個線程相互等待對方釋放臨界區(qū),也即出現(xiàn)了死鎖。
如果我們將線程2的控制函數(shù)改為:
long WINAPI ThreadFn(long lParam) { while
(TRUE) { EnterCriticalSection(&cs1); printf("\n線程2占用臨界區(qū)1"); EnterCriticalSection(&cs2); printf("\n線程2占用臨界區(qū)2");
printf("\n線程2占用兩個臨界區(qū)");
LeaveCriticalSection(&cs1); LeaveCriticalSection(&cs2);
printf("\n線程2釋放兩個臨界區(qū)"); Sleep(20); }; } |
再次運行程序,死鎖被消除,程序不再擋掉。這是因為我們改變了線程2中獲得臨界區(qū)1、2的順序,消除了線程1、2相互等待資源的可能性。
由此我們得出結論,在使用線程間的同步機制時,要特別留心死鎖的發(fā)生。 深入淺出Win32多線程設計之MFC的多線程 1、創(chuàng)建和終止線程 在MFC程序中創(chuàng)建一個線程,宜調用AfxBeginThread函數(shù)。該函數(shù)因參數(shù)不同而具有兩種重載版本,分別對應工作者線程和用戶接口(UI)線程。 工作者線程
CWinThread *AfxBeginThread( AFX_THREADPROC pfnThreadProc,
//控制函數(shù) LPVOID pParam, //傳遞給控制函數(shù)的參數(shù) int nPriority =
THREAD_PRIORITY_NORMAL, //線程的優(yōu)先級 UINT nStackSize = 0, //線程的堆棧大小 DWORD
dwCreateFlags = 0, //線程的創(chuàng)建標志 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL
//線程的安全屬性 ); | 工作者線程編程較為簡單,只需編寫線程控制函數(shù)和啟動線程即可。下面的代碼給出了定義一個控制函數(shù)和啟動它的過程:
//線程控制函數(shù) UINT MfcThreadProc(LPVOID lpParam) { CExampleClass
*lpObject = (CExampleClass*)lpParam; if (lpObject == NULL ||
!lpObject->IsKindof(RUNTIME_CLASS(CExampleClass))) return - 1; //輸入?yún)?shù)非法
//線程成功啟動 while (1) { ...// } return
0; }
//在MFC程序中啟動線程 AfxBeginThread(MfcThreadProc,
lpObject); | UI線程 創(chuàng)建用戶界面線程時,必須首先從CWinThread
派生類,并使用 DECLARE_DYNCREATE 和 IMPLEMENT_DYNCREATE
宏聲明此類。 下面給出了CWinThread類的原型(添加了關于其重要函數(shù)功能和是否需要被繼承類重載的注釋):
class CWinThread : public
CCmdTarget { DECLARE_DYNAMIC(CWinThread)
public: //
Constructors CWinThread(); BOOL CreateThread(DWORD dwCreateFlags = 0,
UINT nStackSize = 0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs =
NULL);
// Attributes CWnd* m_pMainWnd; // main window (usually
same AfxGetApp()->m_pMainWnd) CWnd* m_pActiveWnd; // active main window
(may not be m_pMainWnd) BOOL m_bAutoDelete; // enables 'delete this' after
thread termination
// only valid while running HANDLE m_hThread;
// this thread's HANDLE operator HANDLE() const; DWORD m_nThreadID; //
this thread's ID
int GetThreadPriority(); BOOL
SetThreadPriority(int nPriority);
// Operations DWORD
SuspendThread(); DWORD ResumeThread(); BOOL PostThreadMessage(UINT
message, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
//
Overridables //執(zhí)行線程實例初始化,必須重寫 virtual BOOL InitInstance();
//
running and idle processing //控制線程的函數(shù),包含消息泵,一般不重寫 virtual int
Run();
//消息調度到TranslateMessage和DispatchMessage之前對其進行篩選, //通常不重寫 virtual
BOOL PreTranslateMessage(MSG* pMsg);
virtual BOOL PumpMessage(); // low
level message pump
//執(zhí)行線程特定的閑置時間處理,通常不重寫 virtual BOOL OnIdle(LONG
lCount); // return TRUE if more idle processing virtual BOOL
IsIdleMessage(MSG* pMsg); // checks for special
messages
//線程終止時執(zhí)行清除,通常需要重寫 virtual int ExitInstance(); // default
will 'delete this'
//截獲由線程的消息和命令處理程序引發(fā)的未處理異常,通常不重寫 virtual LRESULT
ProcessWndProcException(CException* e, const MSG* pMsg);
// Advanced:
handling messages sent to message filter hook virtual BOOL
ProcessMessageFilter(int code, LPMSG lpMsg);
// Advanced: virtual
access to m_pMainWnd virtual CWnd* GetMainWnd();
//
Implementation public: virtual ~CWinThread(); #ifdef
_DEBUG virtual void AssertValid() const; virtual void
Dump(CDumpContext& dc) const; int m_nDisablePumpCount; // Diagnostic
trap to detect illegal re-entrancy #endif void
CommonConstruct(); virtual void Delete(); // 'delete this' only if
m_bAutoDelete == TRUE
// message pump for Run MSG m_msgCur; //
current message
public: // constructor used by implementation of
AfxBeginThread CWinThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc, LPVOID
pParam);
// valid after construction LPVOID m_pThreadParams; //
generic parameters passed to starting function AFX_THREADPROC
m_pfnThreadProc;
// set after OLE is initialized void (AFXAPI*
m_lpfnOleTermOrFreeLib)(BOOL, BOOL); COleMessageFilter*
m_pMessageFilter;
protected: CPoint m_ptCursorLast; // last mouse
position UINT m_nMsgLast; // last mouse message BOOL
DispatchThreadMessageEx(MSG* msg); // helper void
DispatchThreadMessage(MSG* msg); //
obsolete };
| 啟動UI線程的AfxBeginThread函數(shù)的原型為:
CWinThread *AfxBeginThread( //從CWinThread派生的類的
RUNTIME_CLASS CRuntimeClass *pThreadClass, int nPriority =
THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags =
0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL );
| 我們可以方便地使用VC++
6.0類向導定義一個繼承自CWinThread的用戶線程類。下面給出產生我們自定義的CWinThread子類CMyUIThread的方法。 打開VC++
6.0類向導,在如下窗口中選擇Base
Class類為CWinThread,輸入子類名為CMyUIThread,點擊"OK"按鈕后就產生了類CMyUIThread。
其源代碼框架為:
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //
CMyUIThread thread
class CMyUIThread : public
CWinThread { DECLARE_DYNCREATE(CMyUIThread) protected: CMyUIThread();
// protected constructor used by dynamic creation
//
Attributes public:
// Operations public:
//
Overrides // ClassWizard generated virtual function
overrides //{{AFX_VIRTUAL(CMyUIThread) public: virtual BOOL
InitInstance(); virtual int
ExitInstance(); //}}AFX_VIRTUAL
//
Implementation protected: virtual ~CMyUIThread();
// Generated
message map functions //{{AFX_MSG(CMyUIThread) // NOTE - the
ClassWizard will add and remove member functions
here. //}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP() };
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //
CMyUIThread
IMPLEMENT_DYNCREATE(CMyUIThread,
CWinThread)
CMyUIThread::CMyUIThread() {}
CMyUIThread::~CMyUIThread() {}
BOOL
CMyUIThread::InitInstance() { // TODO: perform and per-thread
initialization here return TRUE; }
int
CMyUIThread::ExitInstance() { // TODO: perform any per-thread cleanup
here return
CWinThread::ExitInstance(); }
BEGIN_MESSAGE_MAP(CMyUIThread,
CWinThread) //{{AFX_MSG_MAP(CMyUIThread) // NOTE - the ClassWizard will
add and remove mapping macros
here. //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() | 使用下列代碼就可以啟動這個UI線程:
CMyUIThread *pThread; pThread = (CMyUIThread*) AfxBeginThread(
RUNTIME_CLASS(CMyUIThread)
); | 另外,我們也可以不用AfxBeginThread
創(chuàng)建線程,而是分如下兩步完成: (1)調用線程類的構造函數(shù)創(chuàng)建一個線程對象; (2)調用CWinThread::CreateThread函數(shù)來啟動該線程。 在線程自身內調用AfxEndThread函數(shù)可以終止該線程:
void AfxEndThread( UINT nExitCode //the exit code of the
thread ); | 對于UI線程而言,如果消息隊列中放入了WM_QUIT消息,將結束線程。 關于UI線程和工作者線程的分配,最好的做法是:將所有與UI相關的操作放入主線程,其它的純粹的運算工作交給獨立的數(shù)個工作者線程。 候捷先生早些時間喜歡為MDI程序的每個窗口創(chuàng)建一個線程,他后來澄清了這個錯誤。因為如果為MDI程序的每個窗口都單獨創(chuàng)建一個線程,在窗口進行切換的時候,將進行線程的上下文切換! 2.線程間通信 MFC中定義了繼承自CSyncObject類的CCriticalSection
、CCEvent、CMutex、CSemaphore類封裝和簡化了WIN32
API所提供的臨界區(qū)、事件、互斥和信號量。使用這些同步機制,必須包含"Afxmt.h"頭文件。下圖給出了類的繼承關系:
作為CSyncObject類的繼承類,我們僅僅使用基類CSyncObject的接口函數(shù)就可以方便、統(tǒng)一的操作CCriticalSection
、CCEvent、CMutex、CSemaphore類,下面是CSyncObject類的原型:
class CSyncObject : public
CObject { DECLARE_DYNAMIC(CSyncObject)
//
Constructor public: CSyncObject(LPCTSTR pstrName);
//
Attributes public: operator HANDLE() const; HANDLE
m_hObject;
// Operations virtual BOOL Lock(DWORD dwTimeout =
INFINITE); virtual BOOL Unlock() = 0; virtual BOOL Unlock(LONG /*
lCount */, LPLONG /* lpPrevCount=NULL */) { return TRUE; }
//
Implementation public: virtual ~CSyncObject(); #ifdef
_DEBUG CString m_strName; virtual void AssertValid()
const; virtual void Dump(CDumpContext& dc)
const; #endif friend class CSingleLock; friend class
CMultiLock; }; | CSyncObject類最主要的兩個函數(shù)是Lock和Unlock,若我們直接使用CSyncObject類及其派生類,我們需要非常小心地在Lock之后調用Unlock。 MFC提供的另兩個類CSingleLock(等待一個對象)和CMultiLock(等待多個對象)為我們編寫應用程序提供了更靈活的機制,下面以實際來闡述CSingleLock的用法:
class
CThreadSafeWnd { public: CThreadSafeWnd(){} ~CThreadSafeWnd(){} void
SetWindow(CWnd *pwnd) { m_pCWnd = pwnd; } void
PaintBall(COLORREF color, CRect &rc); private: CWnd
*m_pCWnd; CCriticalSection m_CSect; };
void
CThreadSafeWnd::PaintBall(COLORREF color, CRect &rc) { CSingleLock
csl(&m_CSect); //缺省的Timeout是INFINITE,只有m_Csect被激活,csl.Lock()才能返回 //true,這里一直等待 if
(csl.Lock()) ; { // not
necessary //AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState( )); CDC *pdc =
m_pCWnd->GetDC(); CBrush brush(color); CBrush *oldbrush =
pdc->SelectObject(&brush); pdc->Ellipse(rc); pdc->SelectObject(oldbrush); GdiFlush();
// don't wait to update the
display } } | 上述實例講述了用CSingleLock對Windows
GDI相關對象進行保護的方法,下面再給出一個其他方面的例子:
int array1[10], array2[10]; CMutexSection section;
//創(chuàng)建一個CMutex類的對象
//賦值線程控制函數(shù) UINT EvaluateThread(LPVOID param)
{ CSingleLock singlelock;
singlelock(§ion);
//互斥區(qū)域 singlelock.Lock(); for
(int i = 0; i < 10; i++) array1[i] =
i; singlelock.Unlock(); } //拷貝線程控制函數(shù) UINT CopyThread(LPVOID param)
{ CSingleLock
singlelock; singlelock(§ion);
//互斥區(qū)域 singlelock.Lock(); for
(int i = 0; i < 10; i++) array2[i] =
array1[i]; singlelock.Unlock(); } }
AfxBeginThread(EvaluateThread,
NULL); //啟動賦值線程 AfxBeginThread(CopyThread, NULL);
//啟動拷貝線程 | 上面的例子中啟動了兩個線程EvaluateThread和CopyThread,線程EvaluateThread把10個數(shù)賦值給數(shù)組array1[],線程CopyThread將數(shù)組array1[]拷貝給數(shù)組array2[]。由于數(shù)組的拷貝和賦值都是整體行為,如果不以互斥形式執(zhí)行代碼段:
for (int i = 0; i < 10; i++) array1[i] =
i; | 和
for (int i = 0; i < 10; i++) array2[i] =
array1[i]; | 其結果是很難預料的! 除了可使用CCriticalSection、CEvent、CMutex、CSemaphore作為線程間同步通信的方式以外,我們還可以利用PostThreadMessage函數(shù)在線程間發(fā)送消息:
BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread, // thread identifier UINT Msg, //
message to post WPARAM wParam, // first message parameter LPARAM lParam //
second message parameter ); | 3.線程與消息隊列 在WIN32中,每一個線程都對應著一個消息隊列。由于一個線程可以產生數(shù)個窗口,所以并不是每個窗口都對應著一個消息隊列。下列幾句話應該作為"定理"被記?。?br> "定理"
一 所有產生給某個窗口的消息,都先由創(chuàng)建這個窗口的線程處理; "定理"
二 Windows屏幕上的每一個控件都是一個窗口,有對應的窗口函數(shù)。 消息的發(fā)送通常有兩種方式,一是SendMessage,一是PostMessage,其原型分別為:
LRESULT SendMessage(HWND hWnd, // handle of destination window UINT Msg,
// message to send WPARAM wParam, // first message parameter LPARAM
lParam // second message parameter ); BOOL PostMessage(HWND hWnd, //
handle of destination window UINT Msg, // message to post WPARAM wParam,
// first message parameter LPARAM lParam // second message
parameter ); | 兩個函數(shù)原型中的四個參數(shù)的意義相同,但是SendMessage和PostMessage的行為有差異。SendMessage必須等待消息被處理后才返回,而PostMessage僅僅將消息放入消息隊列。SendMessage的目標窗口如果屬于另一個線程,則會發(fā)生線程上下文切換,等待另一線程處理完成消息。為了防止另一線程當?shù)?,導致SendMessage永遠不能返回,我們可以調用SendMessageTimeout函數(shù):
LRESULT SendMessageTimeout( HWND hWnd, // handle of destination
window UINT Msg, // message to send WPARAM wParam, // first message
parameter LPARAM lParam, // second message parameter UINT fuFlags, //
how to send the message UINT uTimeout, // time-out duration LPDWORD
lpdwResult // return value for synchronous
call ); | 4.
MFC線程、消息隊列與MFC程序的"生死因果" 分析MFC程序的主線程啟動及消息隊列處理的過程將有助于我們進一步理解UI線程與消息隊列的關系,為此我們需要簡單地敘述一下MFC程序的"生死因果"(侯捷:《深入淺出MFC》)。 使用VC++
6.0的向導完成一個最簡單的單文檔架構MFC應用程序MFCThread: ?。?) 輸入MFC
EXE工程名MFCThread; ?。?) 選擇單文檔架構,不支持Document/View結構; ?。?)
ActiveX、3D
container等其他選項都選擇無。 我們來分析這個工程。下面是產生的核心源代碼: MFCThread.h
文件
class CMFCThreadApp : public
CWinApp { public: CMFCThreadApp();
// Overrides //
ClassWizard generated virtual function
overrides //{{AFX_VIRTUAL(CMFCThreadApp) public: virtual BOOL
InitInstance(); //}}AFX_VIRTUAL
//
Implementation
public: //{{AFX_MSG(CMFCThreadApp) afx_msg
void OnAppAbout(); // NOTE - the ClassWizard will add and remove member
functions here. // DO NOT EDIT what you see in these blocks of generated
code
! //}}AFX_MSG DECLARE_MESSAGE_MAP() }; | MFCThread.cpp文件
CMFCThreadApp
theApp;
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //
CMFCThreadApp initialization
BOOL
CMFCThreadApp::InitInstance() { … CMainFrame* pFrame = new
CMainFrame; m_pMainWnd = pFrame;
// create and load the frame with
its resources pFrame->LoadFrame(IDR_MAINFRAME,WS_OVERLAPPEDWINDOW |
FWS_ADDTOTITLE, NULL,NULL); // The one and only window has been initialized,
so show and update
it. pFrame->ShowWindow(SW_SHOW); pFrame->UpdateWindow();
return
TRUE; } | MainFrm.h文件
#include "ChildView.h"
class CMainFrame : public
CFrameWnd { public: CMainFrame(); protected:
DECLARE_DYNAMIC(CMainFrame)
// Attributes public:
//
Operations public: // Overrides // ClassWizard generated virtual
function overrides //{{AFX_VIRTUAL(CMainFrame) virtual BOOL
PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs); virtual BOOL OnCmdMsg(UINT nID, int
nCode, void* pExtra, AFX_CMDHANDLERINFO*
pHandlerInfo); //}}AFX_VIRTUAL
//
Implementation public: virtual ~CMainFrame(); #ifdef
_DEBUG virtual void AssertValid() const; virtual void
Dump(CDumpContext& dc) const; #endif CChildView
m_wndView;
// Generated message map
functions protected: //{{AFX_MSG(CMainFrame) afx_msg void
OnSetFocus(CWnd *pOldWnd); // NOTE - the ClassWizard will add and remove
member functions here. // DO NOT EDIT what you see in these blocks of
generated
code! //}}AFX_MSG DECLARE_MESSAGE_MAP() }; | MainFrm.cpp文件
IMPLEMENT_DYNAMIC(CMainFrame,
CFrameWnd)
BEGIN_MESSAGE_MAP(CMainFrame,
CFrameWnd) //{{AFX_MSG_MAP(CMainFrame) // NOTE - the ClassWizard will
add and remove mapping macros here. // DO NOT EDIT what you see in these
blocks of generated code
! ON_WM_SETFOCUS() //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP()
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //
CMainFrame construction/destruction
CMainFrame::CMainFrame() { //
TODO: add member initialization code
here }
CMainFrame::~CMainFrame() {}
BOOL
CMainFrame::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs) { if(
!CFrameWnd::PreCreateWindow(cs) ) return FALSE; // TODO: Modify the
Window class or styles here by modifying // the CREATESTRUCT
cs
cs.dwExStyle &= ~WS_EX_CLIENTEDGE; cs.lpszClass =
AfxRegisterWndClass(0); return
TRUE; } | ChildView.h文件
// CChildView window
class CChildView : public CWnd { //
Construction public: CChildView();
//
Attributes public: // Operations public: // Overrides //
ClassWizard generated virtual function
overrides //{{AFX_VIRTUAL(CChildView) protected: virtual BOOL
PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs); //}}AFX_VIRTUAL
//
Implementation public: virtual ~CChildView();
// Generated
message map functions protected: //{{AFX_MSG(CChildView) afx_msg
void
OnPaint(); //}}AFX_MSG DECLARE_MESSAGE_MAP() };
ChildView.cpp文件 //
CChildView
CChildView::CChildView() {}
CChildView::~CChildView() {}
BEGIN_MESSAGE_MAP(CChildView,CWnd
) //{{AFX_MSG_MAP(CChildView) ON_WM_PAINT() //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP()
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //
CChildView message handlers
BOOL
CChildView::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs) { if
(!CWnd::PreCreateWindow(cs)) return FALSE;
cs.dwExStyle |=
WS_EX_CLIENTEDGE; cs.style &= ~WS_BORDER; cs.lpszClass =
AfxRegisterWndClass(CS_HREDRAW|CS_VREDRAW|CS_DBLCLKS,::LoadCursor(NULL,
IDC_ARROW), HBRUSH(COLOR_WINDOW+1),NULL);
return
TRUE; }
void CChildView::OnPaint() { CPaintDC dc(this); //
device context for painting
// TODO: Add your message handler code
here // Do not call CWnd::OnPaint() for painting
messages } | 文件MFCThread.h和MFCThread.cpp定義和實現(xiàn)的類CMFCThreadApp繼承自CWinApp類,而CWinApp類又繼承自CWinThread類(CWinThread類又繼承自CCmdTarget類),所以CMFCThread本質上是一個MFC線程類,下圖給出了相關的類層次結構:
我們提取CWinApp類原型的一部分:
class CWinApp : public
CWinThread { DECLARE_DYNAMIC(CWinApp) public: //
Constructor CWinApp(LPCTSTR lpszAppName = NULL);// default app name //
Attributes // Startup args (do not change) HINSTANCE
m_hInstance; HINSTANCE m_hPrevInstance; LPTSTR m_lpCmdLine; int
m_nCmdShow; // Running args (can be changed in InitInstance) LPCTSTR
m_pszAppName; // human readable name LPCTSTR m_pszExeName; // executable
name (no spaces) LPCTSTR m_pszHelpFilePath; // default based on module
path LPCTSTR m_pszProfileName; // default based on app name
//
Overridables virtual BOOL InitApplication(); virtual BOOL
InitInstance(); virtual int ExitInstance(); // return app exit
code virtual int Run(); virtual BOOL OnIdle(LONG lCount); // return
TRUE if more idle processing virtual LRESULT
ProcessWndProcException(CException* e,const MSG*
pMsg);
public: virtual
~CWinApp(); protected: DECLARE_MESSAGE_MAP() }; | SDK程序的WinMain
所完成的工作現(xiàn)在由CWinApp 的三個函數(shù)完成:
virtual BOOL InitApplication(); virtual BOOL InitInstance(); virtual
int Run(); | "CMFCThreadApp
theApp;"語句定義的全局變量theApp是整個程式的application object,每一個MFC
應用程序都有一個。當我們執(zhí)行MFCThread程序的時候,這個全局變量被構造。theApp
配置完成后,WinMain開始執(zhí)行。但是程序中并沒有WinMain的代碼,它在哪里呢?原來MFC早已準備好并由Linker直接加到應用程序代碼中的,其原型為(存在于VC++6.0安裝目錄下提供的APPMODUL.CPP文件中):
extern "C" int WINAPI _tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE
hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow) { // call
shared/exported WinMain return AfxWinMain(hInstance, hPrevInstance,
lpCmdLine,
nCmdShow); } | 其中調用的AfxWinMain如下(存在于VC++6.0安裝目錄下提供的WINMAIN.CPP文件中):
int AFXAPI AfxWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE
hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow) { ASSERT(hPrevInstance
== NULL);
int nReturnCode = -1; CWinThread* pThread =
AfxGetThread(); CWinApp* pApp = AfxGetApp();
// AFX internal
initialization if (!AfxWinInit(hInstance, hPrevInstance, lpCmdLine,
nCmdShow)) goto InitFailure;
// App global initializations
(rare) if (pApp != NULL && !pApp->InitApplication()) goto
InitFailure;
// Perform specific initializations if
(!pThread->InitInstance()) { if (pThread->m_pMainWnd !=
NULL) { TRACE0("Warning: Destroying non-NULL
m_pMainWnd\n"); pThread->m_pMainWnd->DestroyWindow(); } nReturnCode
= pThread->ExitInstance(); goto InitFailure; } nReturnCode =
pThread->Run();
InitFailure: #ifdef _DEBUG // Check for
missing AfxLockTempMap calls if
(AfxGetModuleThreadState()->m_nTempMapLock !=
0) { TRACE1("Warning: Temp map lock count non-zero
(%ld).\n", AfxGetModuleThreadState()->m_nTempMapLock); } AfxLockTempMaps(); AfxUnlockTempMaps(-1); #endif
AfxWinTerm(); return
nReturnCode; } | 我們提取主干,實際上,這個函數(shù)做的事情主要是:
CWinThread* pThread = AfxGetThread(); CWinApp* pApp =
AfxGetApp(); AfxWinInit(hInstance, hPrevInstance, lpCmdLine,
nCmdShow) pApp->InitApplication() pThread->InitInstance() pThread->Run(); | 其中,InitApplication
是注冊窗口類別的場所;InitInstance是產生窗口并顯示窗口的場所;Run是提取并分派消息的場所。這樣,MFC就同WIN32
SDK程序對應起來了。CWinThread::Run是程序生命的"活水源頭"(侯捷:《深入淺出MFC》,函數(shù)存在于VC++
6.0安裝目錄下提供的THRDCORE.CPP文件中):
// main running routine until thread exits int
CWinThread::Run() { ASSERT_VALID(this);
// for tracking the idle
time state BOOL bIdle = TRUE; LONG lIdleCount = 0;
// acquire
and dispatch messages until a WM_QUIT message is received. for
(;;) { // phase1: check to see if we can do idle work while (bIdle
&& !::PeekMessage(&m_msgCur, NULL, NULL, NULL,
PM_NOREMOVE)) { // call OnIdle while in bIdle state if
(!OnIdle(lIdleCount++)) bIdle = FALSE; // assume "no idle"
state }
// phase2: pump messages while
available do { // pump message, but quit on WM_QUIT if
(!PumpMessage()) return ExitInstance();
// reset "no idle"
state after pumping "normal" message if
(IsIdleMessage(&m_msgCur)) { bIdle = TRUE; lIdleCount =
0; }
} while (::PeekMessage(&m_msgCur, NULL, NULL, NULL,
PM_NOREMOVE)); } ASSERT(FALSE); // not
reachable } | 其中的PumpMessage函數(shù)又對應于:
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //
CWinThread implementation helpers
BOOL
CWinThread::PumpMessage() { ASSERT_VALID(this);
if
(!::GetMessage(&m_msgCur, NULL, NULL, NULL)) { return
FALSE; }
// process this message if(m_msgCur.message !=
WM_KICKIDLE &&
!PreTranslateMessage(&m_msgCur)) { ::TranslateMessage(&m_msgCur); ::DispatchMessage(&m_msgCur); } return
TRUE; } | 因此,忽略IDLE狀態(tài),整個RUN的執(zhí)行提取主干就是:
do
{ ::GetMessage(&msg,...); PreTranslateMessage{&msg); ::TranslateMessage(&msg); ::DispatchMessage(&msg); ... }
while
(::PeekMessage(...)); | 由此,我們建立了MFC消息獲取和派生機制與WIN32
SDK程序之間的對應關系。下面繼續(xù)分析MFC消息的"繞行"過程。 在MFC中,只要是CWnd
衍生類別,就可以攔下任何Windows消息。與窗口無關的MFC類別(例如CDocument
和CWinApp)如果也想處理消息,必須衍生自CCmdTarget,并且只可能收到WM_COMMAND消息。所有能進行MESSAGE_MAP的類都繼承自CCmdTarget,如:
MFC中MESSAGE_MAP的定義依賴于以下三個宏:
DECLARE_MESSAGE_MAP()
BEGIN_MESSAGE_MAP( theClass, //Specifies
the name of the class whose message map this is baseClass //Specifies the
name of the base class of
theClass )
END_MESSAGE_MAP() | 我們程序中涉及到的有:MFCThread.h、MainFrm.h、ChildView.h文件
DECLARE_MESSAGE_MAP() MFCThread.cpp文件 BEGIN_MESSAGE_MAP(CMFCThreadApp,
CWinApp) //{{AFX_MSG_MAP(CMFCThreadApp) ON_COMMAND(ID_APP_ABOUT,
OnAppAbout) // NOTE - the ClassWizard will add and remove mapping macros
here. // DO NOT EDIT what you see in these blocks of generated
code! //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() MainFrm.cpp文件 BEGIN_MESSAGE_MAP(CMainFrame,
CFrameWnd) //{{AFX_MSG_MAP(CMainFrame) // NOTE - the ClassWizard will add
and remove mapping macros here. // DO NOT EDIT what you see in these blocks
of generated code
! ON_WM_SETFOCUS() //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() ChildView.cpp文件 BEGIN_MESSAGE_MAP(CChildView,CWnd
) //{{AFX_MSG_MAP(CChildView) ON_WM_PAINT() //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() | 由這些宏,MFC建立了一個消息映射表(消息流動網(wǎng)),按照消息流動網(wǎng)匹配對應的消息處理函數(shù),完成整個消息的"繞行"。 看到這里相信你有這樣的疑問:程序定義了CWinApp類的theApp全局變量,可是從來沒有調用AfxBeginThread或theApp.CreateThread啟動線程呀,theApp對應的線程是怎么啟動的? 答:MFC在這里用了很高明的一招。實際上,程序開始運行,第一個線程是由操作系統(tǒng)(OS)啟動的,在CWinApp的構造函數(shù)里,MFC將theApp"對應"向了這個線程,具體的實現(xiàn)是這樣的:
CWinApp::CWinApp(LPCTSTR lpszAppName) { if (lpszAppName !=
NULL) m_pszAppName = _tcsdup(lpszAppName); else m_pszAppName =
NULL;
// initialize CWinThread state AFX_MODULE_STATE *pModuleState
= _AFX_CMDTARGET_GETSTATE(); AFX_MODULE_THREAD_STATE *pThreadState =
pModuleState->m_thread; ASSERT(AfxGetThread() ==
NULL); pThreadState->m_pCurrentWinThread =
this; ASSERT(AfxGetThread() == this); m_hThread =
::GetCurrentThread(); m_nThreadID = ::GetCurrentThreadId();
//
initialize CWinApp state ASSERT(afxCurrentWinApp == NULL); // only one
CWinApp object please pModuleState->m_pCurrentWinApp =
this; ASSERT(AfxGetApp() == this);
// in non-running state until
WinMain m_hInstance = NULL; m_pszHelpFilePath =
NULL; m_pszProfileName = NULL; m_pszRegistryKey = NULL; m_pszExeName
= NULL; m_pRecentFileList = NULL; m_pDocManager = NULL; m_atomApp =
m_atomSystemTopic = NULL; //微軟懶鬼?或者他認為 //這樣連等含義更明確? m_lpCmdLine =
NULL; m_pCmdInfo = NULL;
// initialize wait cursor
state m_nWaitCursorCount = 0; m_hcurWaitCursorRestore = NULL;
//
initialize current printer state m_hDevMode = NULL; m_hDevNames =
NULL; m_nNumPreviewPages = 0; // not specified (defaults to 1)
//
initialize DAO state m_lpfnDaoTerm = NULL; // will be set if AfxDaoInit
called
// other initialization m_bHelpMode =
FALSE; m_nSafetyPoolSize = 512; // default
size } | 很顯然,theApp成員變量都被賦予OS啟動的這個當前線程相關的值,如代碼:
m_hThread = ::GetCurrentThread();//theApp的線程句柄等于當前線程句柄 m_nThreadID =
::GetCurrentThreadId();//theApp的線程ID等于當前線程ID | 所以CWinApp類幾乎只是為MFC程序的第一個線程量身定制的,它不需要也不能被AfxBeginThread或theApp.CreateThread"再次"啟動。這就是CWinApp類和theApp全局變量的內涵!如果你要再增加一個UI線程,不要繼承類CWinApp,而應繼承類CWinThread。而參考第1節(jié),由于我們一般以主線程(在MFC程序里實際上就是OS啟動的第一個線程)處理所有窗口的消息,所以我們幾乎沒有再啟動UI線程的需求! 深入淺出Win32多線程程序設計之綜合實例 本章我們將以工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)中運用極為廣泛的串口通信為例講述多線程的典型應用。
而網(wǎng)絡通信也是多線程應用最廣泛的領域之一,所以本章的最后一節(jié)也將對多線程網(wǎng)絡通信進行簡短的描述。
1.串口通信
在工業(yè)控制系統(tǒng)中,工控機(一般都基于PC
Windows平臺)經常需要與單片機通過串口進行通信。因此,操作和使用PC的串口成為大多數(shù)單片機、嵌入式系統(tǒng)領域工程師必須具備的能力。
串口的使用需要通過三個步驟來完成的:
?。?)
打開通信端口;
?。?)
初始化串口,設置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗等參數(shù)。為了給讀者一個直觀的印象,下圖從Windows的"控制面板->系統(tǒng)->設備管理器->通信端口(COM1)"打開COM的設置窗口:
?。?)
讀寫串口。
在WIN32平臺下,對通信端口進行操作跟基本的文件操作一樣。
創(chuàng)建/打開COM資源
下列函數(shù)如果調用成功,則返回一個標識通信端口的句柄,否則返回-1:
HADLE CreateFile(PCTSTR lpFileName, //通信端口名,如"COM1" WORD dwDesiredAccess,
//對資源的訪問類型 WORD dwShareMode, //指定共享模式,COM不能共享,該參數(shù)為0 PSECURITY_ATTRIBUTES
lpSecurityAttributes, //安全描述符指針,可為NULL WORD dwCreationDisposition,
//創(chuàng)建方式 WORD dwFlagsAndAttributes, //文件屬性,可為NULL HANDLE hTemplateFile
//模板文件句柄,置為NULL ); | 獲得/設置COM屬性
下列函數(shù)可以獲得COM口的設備控制塊,從而獲得相關參數(shù):
BOOL WINAPI GetCommState( HANDLE hFile, //標識通信端口的句柄 LPDCB lpDCB
//指向一個設備控制塊(DCB結構)的指針 ); | 如果要調整通信端口的參數(shù),則需要重新配置設備控制塊,再用WIN32
API SetCommState()函數(shù)進行設置:
BOOL SetCommState( HANDLE hFile, //標識通信端口的句柄 LPDCB lpDCB
//指向一個設備控制塊(DCB結構)的指針 ); | DCB結構包含了串口的各項參數(shù)設置,如下:
typedef struct _DCB { // dcb DWORD DCBlength; //
sizeof(DCB) DWORD BaudRate; // current baud rate DWORD fBinary: 1; //
binary mode, no EOF check DWORD fParity: 1; // enable parity
checking DWORD fOutxCtsFlow: 1; // CTS output flow control DWORD
fOutxDsrFlow: 1; // DSR output flow control DWORD fDtrControl: 2; // DTR
flow control type DWORD fDsrSensitivity: 1; // DSR sensitivity DWORD
fTXContinueOnXoff: 1; // XOFF continues Tx DWORD fOutX: 1; // XON/XOFF out
flow control DWORD fInX: 1; // XON/XOFF in flow control DWORD
fErrorChar: 1; // enable error replacement DWORD fNull: 1; // enable null
stripping DWORD fRtsControl: 2; // RTS flow control DWORD fAbortOnError:
1; // abort reads/writes on error DWORD fDummy2: 17; // reserved WORD
wReserved; // not currently used WORD XonLim; // transmit XON
threshold WORD XoffLim; // transmit XOFF threshold BYTE ByteSize; //
number of bits/byte, 4-8 BYTE Parity; // 0-4=no,odd,even,mark,space BYTE
StopBits; // 0,1,2 = 1, 1.5, 2 char XonChar; // Tx and Rx XON
character char XoffChar; // Tx and Rx XOFF character char ErrorChar; //
error replacement character char EofChar; // end of input character char
EvtChar; // received event character WORD wReserved1; // reserved; do not
use }
DCB; | 讀寫串口
在讀寫串口之前,還要用PurgeComm()函數(shù)清空緩沖區(qū),并用SetCommMask
()函數(shù)設置事件掩模來監(jiān)視指定通信端口上的事件,其原型為:
BOOL SetCommMask( HANDLE hFile, //標識通信端口的句柄 DWORD dwEvtMask
//能夠使能的通信事件 ); | 串口上可能發(fā)生的事件如下表所示:
值 |
事件描述 |
EV_BREAK |
A break was detected on input. |
EV_CTS |
The CTS (clear-to-send) signal changed state. |
EV_DSR |
The DSR(data-set-ready) signal changed state. |
EV_ERR |
A line-status error occurred. Line-status errors are CE_FRAME, CE_OVERRUN,
and CE_RXPARITY. |
EV_RING |
A ring indicator was detected. |
EV_RLSD |
The RLSD (receive-line-signal-detect) signal changed state. |
EV_RXCHAR |
A character was received and placed in the input buffer. |
EV_RXFLAG |
The event character was received and placed in the input buffer. The event
character is specified in the device's DCB structure, which is applied to a
serial port by using the SetCommState function. |
EV_TXEMPTY |
The last character in the output buffer was sent.
| 在設置好事件掩模后,我們就可以利用WaitCommEvent()函數(shù)來等待串口上發(fā)生事件,其函數(shù)原型為:
BOOL WaitCommEvent( HANDLE hFile, //標識通信端口的句柄 LPDWORD lpEvtMask,
//指向存放事件標識變量的指針 LPOVERLAPPED lpOverlapped, //
指向overlapped結構 ); | 我們可以在發(fā)生事件后,根據(jù)相應的事件類型,進行串口的讀寫操作:
BOOL ReadFile(HANDLE hFile, //標識通信端口的句柄 LPVOID lpBuffer,
//輸入數(shù)據(jù)Buffer指針 DWORD nNumberOfBytesToRead, // 需要讀取的字節(jié)數(shù) LPDWORD
lpNumberOfBytesRead, //實際讀取的字節(jié)數(shù)指針 LPOVERLAPPED lpOverlapped
//指向overlapped結構 ); BOOL WriteFile(HANDLE hFile, //標識通信端口的句柄 LPCVOID
lpBuffer, //輸出數(shù)據(jù)Buffer指針 DWORD nNumberOfBytesToWrite, //需要寫的字節(jié)數(shù) LPDWORD
lpNumberOfBytesWritten, //實際寫入的字節(jié)數(shù)指針 LPOVERLAPPED lpOverlapped
//指向overlapped結構 ); | 2.工程實例
下面我們用第1節(jié)所述API實現(xiàn)一個多線程的串口通信程序。這個例子工程(工程名為MultiThreadCom)的界面很簡單,如下圖所示:
它是一個多線程的應用程序,包括兩個工作者線程,分別處理串口1和串口2。為了簡化問題,我們讓連接兩個串口的電纜只包含RX、TX兩根連線(即不以硬件控制RS-232,串口上只會發(fā)生EV_TXEMPTY、EV_RXCHAR事件)。
在工程實例的BOOL
CMultiThreadComApp::InitInstance()函數(shù)中,啟動并設置COM1和COM2,其源代碼為:
BOOL
CMultiThreadComApp::InitInstance() { AfxEnableControlContainer(); //打開并設置COM1 hComm1=CreateFile("COM1",
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL ,OPEN_EXISTING, 0,NULL); if
(hComm1==(HANDLE)-1) { AfxMessageBox("打開COM1失敗"); return
false; } else { DCB wdcb; GetCommState
(hComm1,&wdcb); wdcb.BaudRate=9600; SetCommState
(hComm1,&wdcb); PurgeComm(hComm1,PURGE_TXCLEAR); } //打開并設置COM2 hComm2=CreateFile("COM2",
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL ,OPEN_EXISTING, 0,NULL); if
(hComm2==(HANDLE)-1) { AfxMessageBox("打開COM2失敗"); return
false; } else { DCB wdcb; GetCommState
(hComm2,&wdcb); wdcb.BaudRate=9600; SetCommState
(hComm2,&wdcb); PurgeComm(hComm2,PURGE_TXCLEAR); }
CMultiThreadComDlg
dlg; m_pMainWnd = &dlg; int nResponse = dlg.DoModal(); if
(nResponse == IDOK) { // TODO: Place code here to handle when the
dialog is // dismissed with OK } else if (nResponse ==
IDCANCEL) { // TODO: Place code here to handle when the dialog
is // dismissed with Cancel } return
FALSE; } | 此后我們在對話框CMultiThreadComDlg的初始化函數(shù)OnInitDialog中啟動兩個分別處理COM1和COM2的線程:
BOOL CMultiThreadComDlg::OnInitDialog() { CDialog::OnInitDialog();
// Add "About..." menu item to system menu.
// IDM_ABOUTBOX must be
in the system command range. ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) ==
IDM_ABOUTBOX); ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);
CMenu* pSysMenu =
GetSystemMenu(FALSE); if (pSysMenu != NULL) { CString
strAboutMenu; strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX); if
(!strAboutMenu.IsEmpty()) { pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR); pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING,
IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu); } }
// Set the icon for this
dialog. The framework does this automatically // when the application's main
window is not a dialog SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big
icon SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon
// TODO: Add extra
initialization here //啟動串口1處理線程 DWORD nThreadId1; hCommThread1 =
::CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,
0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)Com1ThreadProcess, AfxGetMainWnd()->m_hWnd, 0,
&nThreadId1); if (hCommThread1 ==
NULL) { AfxMessageBox("創(chuàng)建串口1處理線程失敗"); return
false; } //啟動串口2處理線程 DWORD nThreadId2; hCommThread2 =
::CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,
0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)Com2ThreadProcess, AfxGetMainWnd()->m_hWnd, 0,
&nThreadId2); if (hCommThread2 ==
NULL) { AfxMessageBox("創(chuàng)建串口2處理線程失敗"); return
false; }
return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a
control } | 兩個串口COM1和COM2對應的線程處理函數(shù)等待串口上發(fā)生事件,并根據(jù)事件類型和自身緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送進行相應的處理,其源代碼為:
DWORD WINAPI Com1ThreadProcess(HWND hWnd//主窗口句柄) { DWORD
wEven; char str[10]; //讀入數(shù)據(jù) SetCommMask(hComm1, EV_RXCHAR |
EV_TXEMPTY); while (TRUE) { WaitCommEvent(hComm1, &wEven,
NULL); if(wEven =
0) { CloseHandle(hCommThread1); hCommThread1 =
NULL; ExitThread(0); } else { switch
(wEven) { case EV_TXEMPTY: if (wTxPos <
wTxLen) { //在串口1寫入數(shù)據(jù) DWORD wCount;
//寫入的字節(jié)數(shù) WriteFile(hComm1, com1Data.TxBuf[wTxPos], 1, &wCount,
NULL); com1Data.wTxPos++; } break; case
EV_RXCHAR: if (com1Data.wRxPos <
com1Data.wRxLen) { //讀取串口數(shù)據(jù), 處理收到的數(shù)據(jù) DWORD wCount;
//讀取的字節(jié)數(shù) ReadFile(hComm1, com1Data.RxBuf[wRxPos], 1, &wCount,
NULL); com1Data.wRxPos++; if(com1Data.wRxPos==
com1Data.wRxLen); ::PostMessage(hWnd, COM_SENDCHAR, 0,
1); } break; } } } } return
TRUE; }
DWORD WINAPI Com2ThreadProcess(HWND hWnd
//主窗口句柄) { DWORD wEven; char str[10]; //讀入數(shù)據(jù) SetCommMask(hComm2,
EV_RXCHAR | EV_TXEMPTY); while (TRUE) { WaitCommEvent(hComm2,
&wEven, NULL); if (wEven =
0) { CloseHandle(hCommThread2); hCommThread2 =
NULL; ExitThread(0); } else { switch
(wEven) { case EV_TXEMPTY: if (wTxPos <
wTxLen) { //在串口2寫入數(shù)據(jù) DWORD wCount;
//寫入的字節(jié)數(shù) WriteFile(hComm2, com2Data.TxBuf[wTxPos], 1, &wCount,
NULL); com2Data.wTxPos++; } break; case
EV_RXCHAR: if (com2Data.wRxPos <
com2Data.wRxLen) { //讀取串口數(shù)據(jù), 處理收到的數(shù)據(jù) DWORD wCount;
//讀取的字節(jié)數(shù) ReadFile(hComm2, com2Data.RxBuf[wRxPos], 1, &wCount,
NULL); com2Data.wRxPos++; if(com2Data.wRxPos==
com2Data.wRxLen); ::PostMessage(hWnd, COM_SENDCHAR, 0,
1); } break; } } } return
TRUE; } | 線程控制函數(shù)中所操作的com1Data和com2Data是與串口對應的數(shù)據(jù)結構struct
tagSerialPort的實例,這個數(shù)據(jù)結構是:
typedef struct tagSerialPort { BYTE
RxBuf[SPRX_BUFLEN];//接收Buffer WORD wRxPos; //當前接收字節(jié)位置 WORD wRxLen;
//要接收的字節(jié)數(shù) BYTE TxBuf[SPTX_BUFLEN];//發(fā)送Buffer WORD wTxPos;
//當前發(fā)送字節(jié)位置 WORD wTxLen; //要發(fā)送的字節(jié)數(shù) }SerialPort, * LPSerialPort; | 3.多線程串口類
使用多線程串口通信更方便的途徑是編寫一個多線程的串口類,例如Remon
Spekreijse編寫了一個CSerialPort串口類。仔細分析這個類的源代碼,將十分有助于我們對先前所學多線程及同步知識的理解。
3.1類的定義
#ifndef __SERIALPORT_H__ #define __SERIALPORT_H__
#define
WM_COMM_BREAK_DETECTED WM_USER+1 // A break was detected on input. #define
WM_COMM_CTS_DETECTED WM_USER+2 // The CTS (clear-to-send) signal changed state.
#define WM_COMM_DSR_DETECTED WM_USER+3 // The DSR (data-set-ready) signal
changed state. #define WM_COMM_ERR_DETECTED WM_USER+4 // A line-status error
occurred. Line-status errors are CE_FRAME, CE_OVERRUN, and CE_RXPARITY.
#define WM_COMM_RING_DETECTED WM_USER+5 // A ring indicator was detected.
#define WM_COMM_RLSD_DETECTED WM_USER+6 // The RLSD
(receive-line-signal-detect) signal changed state. #define WM_COMM_RXCHAR
WM_USER+7 // A character was received and placed in the input buffer.
#define WM_COMM_RXFLAG_DETECTED WM_USER+8 // The event character was
received and placed in the input buffer. #define WM_COMM_TXEMPTY_DETECTED
WM_USER+9 // The last character in the output buffer was sent.
class
CSerialPort { public: // contruction and
destruction CSerialPort(); virtual ~CSerialPort();
// port
initialisation BOOL InitPort(CWnd* pPortOwner, UINT portnr = 1, UINT baud
= 19200, char parity = 'N', UINT databits = 8, UINT stopsbits = 1, DWORD
dwCommEvents = EV_RXCHAR | EV_CTS, UINT nBufferSize = 512);
//
start/stop comm watching BOOL StartMonitoring(); BOOL
RestartMonitoring(); BOOL StopMonitoring();
DWORD
GetWriteBufferSize(); DWORD GetCommEvents(); DCB
GetDCB();
void WriteToPort(char* string);
protected: //
protected memberfunctions void ProcessErrorMessage(char*
ErrorText); static UINT CommThread(LPVOID pParam); static void
ReceiveChar(CSerialPort* port, COMSTAT comstat); static void
WriteChar(CSerialPort* port);
// thread CWinThread*
m_Thread;
// synchronisation objects CRITICAL_SECTION
m_csCommunicationSync; BOOL m_bThreadAlive;
// handles HANDLE
m_hShutdownEvent; HANDLE m_hComm; HANDLE m_hWriteEvent;
//
Event array. // One element is used for each event. There are two event
handles for each port. // A Write event and a receive character event which
is located in the overlapped structure (m_ov.hEvent). // There is a general
shutdown when the port is closed. HANDLE m_hEventArray[3];
//
structures OVERLAPPED m_ov; COMMTIMEOUTS m_CommTimeouts; DCB
m_dcb;
// owner window CWnd* m_pOwner;
// misc UINT
m_nPortNr; char* m_szWriteBuffer; DWORD m_dwCommEvents; DWORD
m_nWriteBufferSize; };
#endif
__SERIALPORT_H__ | 3.2類的實現(xiàn)
3.2.1構造函數(shù)與析構函數(shù)
進行相關變量的賦初值及內存恢復:
CSerialPort::CSerialPort() { m_hComm = NULL;
// initialize
overlapped structure members to zero m_ov.Offset = 0; m_ov.OffsetHigh =
0;
// create events m_ov.hEvent = NULL; m_hWriteEvent =
NULL; m_hShutdownEvent = NULL;
m_szWriteBuffer =
NULL;
m_bThreadAlive = FALSE; }
// // Delete dynamic
memory // CSerialPort::~CSerialPort() { do { SetEvent(m_hShutdownEvent); } while
(m_bThreadAlive);
TRACE("Thread ended\n");
delete
[]m_szWriteBuffer; } | 3.2.2核心函數(shù):初始化串口
在初始化串口函數(shù)中,將打開串口,設置相關參數(shù),并創(chuàng)建串口相關的用戶控制事件,初始化臨界區(qū)(Critical
Section),以成隊的EnterCriticalSection()、LeaveCriticalSection()函數(shù)進行資源的排它性訪問:
BOOL CSerialPort::InitPort(CWnd *pPortOwner, // the owner (CWnd) of the
port (receives message) UINT portnr, // portnumber (1..4) UINT baud, //
baudrate char parity, // parity UINT databits, // databits UINT
stopbits, // stopbits DWORD dwCommEvents, // EV_RXCHAR, EV_CTS etc UINT
writebuffersize) // size to the writebuffer { assert(portnr > 0
&& portnr < 5); assert(pPortOwner != NULL);
// if the
thread is alive: Kill if
(m_bThreadAlive) { do { SetEvent(m_hShutdownEvent); } while
(m_bThreadAlive); TRACE("Thread ended\n"); }
// create
events if (m_ov.hEvent !=
NULL) ResetEvent(m_ov.hEvent); m_ov.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE,
FALSE, NULL);
if (m_hWriteEvent !=
NULL) ResetEvent(m_hWriteEvent); m_hWriteEvent = CreateEvent(NULL,
TRUE, FALSE, NULL);
if (m_hShutdownEvent !=
NULL) ResetEvent(m_hShutdownEvent); m_hShutdownEvent =
CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
// initialize the event
objects m_hEventArray[0] = m_hShutdownEvent; // highest
priority m_hEventArray[1] = m_ov.hEvent; m_hEventArray[2] =
m_hWriteEvent;
// initialize critical
section InitializeCriticalSection(&m_csCommunicationSync);
//
set buffersize for writing and save the owner m_pOwner =
pPortOwner;
if (m_szWriteBuffer != NULL) delete
[]m_szWriteBuffer; m_szWriteBuffer = new
char[writebuffersize];
m_nPortNr = portnr;
m_nWriteBufferSize
= writebuffersize; m_dwCommEvents = dwCommEvents;
BOOL bResult =
FALSE; char *szPort = new char[50]; char *szBaud = new
char[50];
// now it
critical! EnterCriticalSection(&m_csCommunicationSync);
// if
the port is already opened: close it if (m_hComm !=
NULL) { CloseHandle(m_hComm); m_hComm = NULL; }
//
prepare port strings sprintf(szPort, "COM%d", portnr); sprintf(szBaud,
"baud=%d parity=%c data=%d stop=%d", baud, parity,
databits,stopbits);
// get a handle to the port m_hComm =
CreateFile(szPort, // communication port string (COMX) GENERIC_READ |
GENERIC_WRITE, // read/write types 0, // comm devices must be opened with
exclusive access NULL, // no security attributes OPEN_EXISTING, //
comm devices must use OPEN_EXISTING FILE_FLAG_OVERLAPPED, // Async
I/O 0); // template must be 0 for comm devices
if (m_hComm ==
INVALID_HANDLE_VALUE) { // port not found delete
[]szPort; delete []szBaud; return FALSE; }
// set the
timeout values m_CommTimeouts.ReadIntervalTimeout =
1000; m_CommTimeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier =
1000; m_CommTimeouts.ReadTotalTimeoutConstant =
1000; m_CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier =
1000; m_CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 1000;
//
configure if (SetCommTimeouts(m_hComm, &m_CommTimeouts)) { if
(SetCommMask(m_hComm, dwCommEvents)) { if (GetCommState(m_hComm,
&m_dcb)) { m_dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_ENABLE; // set RTS
bit high! if (BuildCommDCB(szBaud, &m_dcb)) { if
(SetCommState(m_hComm, &m_dcb)) ; // normal operation...
continue else ProcessErrorMessage("SetCommState()"); } else ProcessErrorMessage("BuildCommDCB()"); } else ProcessErrorMessage("GetCommState()"); } else ProcessErrorMessage("SetCommMask()"); } else ProcessErrorMessage("SetCommTimeouts()");
delete
[]szPort; delete []szBaud;
// flush the port PurgeComm(m_hComm,
PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT);
//
release critical
section LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync);
TRACE("Initialisation
for communicationport %d completed.\nUse Startmonitor to communicate.\n",
portnr);
return TRUE; } | 3.3.3核心函數(shù):串口線程控制函數(shù)
串口線程處理函數(shù)是整個類中最核心的部分,它主要完成兩類工作:
?。?)利用WaitCommEvent函數(shù)對串口上發(fā)生的事件進行獲取并根據(jù)事件的不同類型進行相應的處理;
?。?)利用WaitForMultipleObjects函數(shù)對串口相關的用戶控制事件進行等待并做相應處理。
UINT CSerialPort::CommThread(LPVOID pParam) { // Cast the void
pointer passed to the thread back to // a pointer of CSerialPort
class CSerialPort *port = (CSerialPort*)pParam;
// Set the status
variable in the dialog class to // TRUE to indicate the thread is
running. port->m_bThreadAlive = TRUE;
// Misc.
variables DWORD BytesTransfered = 0; DWORD Event = 0; DWORD
CommEvent = 0; DWORD dwError = 0; COMSTAT comstat; BOOL bResult =
TRUE;
// Clear comm buffers at startup if (port->m_hComm) //
check if the port is opened PurgeComm(port->m_hComm, PURGE_RXCLEAR |
PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT);
// begin forever loop.
This loop will run as long as the thread is alive. for (;;) { //
Make a call to WaitCommEvent(). This call will return immediatly //
because our port was created as an async port (FILE_FLAG_OVERLAPPED // and
an m_OverlappedStructerlapped structure specified). This call will cause
the // m_OverlappedStructerlapped element m_OverlappedStruct.hEvent, which
is part of the m_hEventArray to // be placed in a non-signeled state if
there are no bytes available to be read, // or to a signeled state if
there are bytes available. If this event handle // is set to the
non-signeled state, it will be set to signeled when a // character arrives
at the port.
// we do this for each port!
bResult =
WaitCommEvent(port->m_hComm, &Event, &port->m_ov);
if
(!bResult) { // If WaitCommEvent() returns FALSE, process the last
error to determin // the reason.. switch (dwError =
GetLastError()) { case ERROR_IO_PENDING: { //
This is a normal return value if there are no bytes // to read at the
port. // Do nothing and continue break; } case
87: { // Under Windows NT, this value is returned for some
reason. // I have not investigated why, but it is also a valid
reply // Also do nothing and
continue. break; } default: { // All
other error codes indicate a serious error has // occured. Process this
error. port->ProcessErrorMessage("WaitCommEvent()"); break; } } } else { //
If WaitCommEvent() returns TRUE, check to be sure there are // actually
bytes in the buffer to read. // // If you are reading more than
one byte at a time from the buffer // (which this program does not do)
you will have the situation occur // where the first byte to arrive will
cause the WaitForMultipleObjects() // function to stop waiting. The
WaitForMultipleObjects() function // resets the event handle in
m_OverlappedStruct.hEvent to the non-signelead state // as it
returns. // // If in the time between the reset of this event and
the call to // ReadFile() more bytes arrive, the
m_OverlappedStruct.hEvent handle will be set again // to the signeled
state. When the call to ReadFile() occurs, it will // read all of the
bytes from the buffer, and the program will // loop back around to
WaitCommEvent(). // // At this point you will be in the situation
where m_OverlappedStruct.hEvent is set, // but there are no bytes
available to read. If you proceed and call // ReadFile(), it will return
immediatly due to the async port setup, but // GetOverlappedResults()
will not return until the next character arrives. // // It is not
desirable for the GetOverlappedResults() function to be in // this state.
The thread shutdown event (event 0) and the WriteFile() // event (Event2)
will not work if the thread is blocked by
GetOverlappedResults(). // // The solution to this is to check the
buffer with a call to ClearCommError(). // This call will reset the event
handle, and if there are no bytes to read // we can loop back through
WaitCommEvent() again, then proceed. // If there are really bytes to
read, do nothing and proceed.
bResult =
ClearCommError(port->m_hComm, &dwError, &comstat);
if
(comstat.cbInQue == 0) continue; } // end if bResult
//
Main wait function. This function will normally block the thread // until
one of nine events occur that require action. Event =
WaitForMultipleObjects(3, port->m_hEventArray, FALSE,
INFINITE);
switch (Event) { case 0: { //
Shutdown event. This is event zero so it will be // the higest priority
and be serviced first.
port->m_bThreadAlive =
FALSE;
// Kill this thread. break is not needed, but makes me feel
better. AfxEndThread(100); break; } case
1: // read event { GetCommMask(port->m_hComm,
&CommEvent); if (CommEvent
&EV_CTS) ::SendMessage(port->m_pOwner->m_hWnd,
WM_COMM_CTS_DETECTED, (WPARAM)0, (LPARAM)port->m_nPortNr); if
(CommEvent &EV_RXFLAG) ::SendMessage(port->m_pOwner->m_hWnd,
WM_COMM_RXFLAG_DETECTED,(WPARAM)0, (LPARAM)port->m_nPortNr); if
(CommEvent &EV_BREAK) ::SendMessage(port->m_pOwner->m_hWnd,
WM_COMM_BREAK_DETECTED,(WPARAM)0, (LPARAM)port->m_nPortNr); if
(CommEvent &EV_ERR) ::SendMessage(port->m_pOwner->m_hWnd,
WM_COMM_ERR_DETECTED, (WPARAM)0, (LPARAM)port->m_nPortNr); if
(CommEvent &EV_RING) ::SendMessage(port->m_pOwner->m_hWnd,
WM_COMM_RING_DETECTED,(WPARAM)0, (LPARAM)port->m_nPortNr); if
(CommEvent &EV_RXCHAR) // Receive character event from
port. ReceiveChar(port, comstat); break; } case
2: // write event { // Write character event from
port WriteChar(port); break; } } // end switch } //
close forever loop return
0; } | 下列三個函數(shù)用于對串口線程進行啟動、掛起和恢復:
// // start comm watching // BOOL
CSerialPort::StartMonitoring() { if (!(m_Thread =
AfxBeginThread(CommThread, this))) return FALSE; TRACE("Thread
started\n"); return TRUE; }
// // Restart the comm
thread // BOOL CSerialPort::RestartMonitoring() { TRACE("Thread
resumed\n"); m_Thread->ResumeThread(); return
TRUE; }
// // Suspend the comm thread // BOOL
CSerialPort::StopMonitoring() { TRACE("Thread
suspended\n"); m_Thread->SuspendThread(); return
TRUE; } | 3.3.4讀寫串口
下面一組函數(shù)是用戶對串口進行讀寫操作的接口:
// // Write a character. // void CSerialPort::WriteChar(CSerialPort
*port) { BOOL bWrite = TRUE; BOOL bResult = TRUE;
DWORD
BytesSent = 0;
ResetEvent(port->m_hWriteEvent);
// Gain
ownership of the critical
section EnterCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync);
if
(bWrite) { // Initailize variables port->m_ov.Offset =
0; port->m_ov.OffsetHigh = 0;
// Clear
buffer PurgeComm(port->m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR |
PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT);
bResult = WriteFile(port->m_hComm,
// Handle to COMM Port port->m_szWriteBuffer, // Pointer to message
buffer in calling finction strlen((char*)port->m_szWriteBuffer), //
Length of message to send &BytesSent, // Where to store the number of
bytes sent &port->m_ov); // Overlapped structure
// deal
with any error codes if (!bResult) { DWORD dwError =
GetLastError(); switch (dwError) { case
ERROR_IO_PENDING: { // continue to
GetOverlappedResults() BytesSent = 0; bWrite =
FALSE; break; } default: { // all other
error
codes port->ProcessErrorMessage("WriteFile()"); } } } else { LeaveCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync); } }
// end if(bWrite)
if (!bWrite) { bWrite =
TRUE;
bResult = GetOverlappedResult(port->m_hComm, // Handle to COMM
port &port->m_ov, // Overlapped structure &BytesSent, //
Stores number of bytes sent TRUE); // Wait
flag
LeaveCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync);
//
deal with the error code if
(!bResult) { port->ProcessErrorMessage("GetOverlappedResults() in
WriteFile()"); } } // end if (!bWrite)
// Verify that the data
size send equals what we tried to send if (BytesSent !=
strlen((char*)port->m_szWriteBuffer)) { TRACE("WARNING: WriteFile()
error.. Bytes Sent: %d; Message Length: %d\n", BytesSent,
strlen((char*)port->m_szWriteBuffer)); } }
// // Character
received. Inform the owner // void CSerialPort::ReceiveChar(CSerialPort
*port, COMSTAT comstat) { BOOL bRead = TRUE; BOOL bResult =
TRUE; DWORD dwError = 0; DWORD BytesRead = 0; unsigned char
RXBuff;
for (;;) { // Gain ownership of the comm port critical
section. // This process guarantees no other part of this program //
is using the port
object.
EnterCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync);
//
ClearCommError() will update the COMSTAT structure and // clear any other
errors.
bResult = ClearCommError(port->m_hComm, &dwError,
&comstat);
LeaveCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync);
//
start forever loop. I use this type of loop because I // do not know at
runtime how many loops this will have to // run. My solution is to start a
forever loop and to // break out of it when I have processed all of
the // data available. Be careful with this approach and // be sure
your loop will exit. // My reasons for this are not as clear in this
sample // as it is in my production code, but I have found this //
solutiion to be the most efficient way to do this.
if (comstat.cbInQue
== 0) { // break out when all bytes have been
read break; }
EnterCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync);
if
(bRead) { bResult = ReadFile(port->m_hComm, // Handle to COMM
port &RXBuff, // RX Buffer Pointer 1, // Read one
byte &BytesRead, // Stores number of bytes
read &port->m_ov); // pointer to the m_ov structure // deal
with the error code if (!bResult) { switch (dwError =
GetLastError()) { case ERROR_IO_PENDING: { //
asynchronous i/o is still in progress // Proceed on to
GetOverlappedResults(); bRead =
FALSE; break; } default: { // Another
error has occured. Process this
error. port->ProcessErrorMessage("ReadFile()"); break; } } } else { //
ReadFile() returned complete. It is not necessary to call
GetOverlappedResults() bRead = TRUE; } } // close if
(bRead)
if (!bRead) { bRead = TRUE; bResult =
GetOverlappedResult(port->m_hComm, // Handle to COMM
port &port->m_ov, // Overlapped structure &BytesRead,
// Stores number of bytes read TRUE); // Wait flag
// deal with
the error code if
(!bResult) { port->ProcessErrorMessage("GetOverlappedResults()
in ReadFile()"); } } // close if
(!bRead)
LeaveCriticalSection(&port->m_csCommunicationSync);
//
notify parent that a byte was
received ::SendMessage((port->m_pOwner)->m_hWnd, WM_COMM_RXCHAR,
(WPARAM)RXBuff,(LPARAM)port->m_nPortNr); } // end forever
loop
}
// // Write a string to the port // void
CSerialPort::WriteToPort(char *string) { assert(m_hComm !=
0);
memset(m_szWriteBuffer, 0,
sizeof(m_szWriteBuffer)); strcpy(m_szWriteBuffer, string);
// set
event for write SetEvent(m_hWriteEvent); }
// // Return the
output buffer size // DWORD
CSerialPort::GetWriteBufferSize() { return m_nWriteBufferSize; } | 3.3.5控制接口
應用程序員使用下列一組public函數(shù)可以獲取串口的DCB及串口上發(fā)生的事件:
// // Return the device control block // DCB
CSerialPort::GetDCB() { return m_dcb; }
// // Return the
communication event masks // DWORD
CSerialPort::GetCommEvents() { return
m_dwCommEvents; } | 3.3.6錯誤處理
// // If there is a error, give the right message // void
CSerialPort::ProcessErrorMessage(char *ErrorText) { char *Temp = new
char[200];
LPVOID
lpMsgBuf;
FormatMessage(FORMAT_MESSAGE_ALLOCATE_BUFFER |
FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM, NULL, GetLastError(), MAKELANGID(LANG_NEUTRAL,
SUBLANG_DEFAULT), // Default language (LPTSTR) &lpMsgBuf, 0,
NULL);
sprintf(Temp, "WARNING: %s Failed with the following error:
\n%s\nPort: %d\n", (char*) ErrorText, lpMsgBuf,
m_nPortNr); MessageBox(NULL, Temp, "Application Error",
MB_ICONSTOP);
LocalFree(lpMsgBuf); delete
[]Temp; } | 仔細分析Remon
Spekreijse的CSerialPort類對我們理解多線程及其同步機制是大有益處的,從http://codeguru./network/serialport.shtml我們可以獲取CSerialPort類的介紹與工程實例。另外,電子工業(yè)出版社《Visual
C++/Turbo
C串口通信編程實踐》一書的作者龔建偉也編寫了一個使用CSerialPort類的例子,可以從http://www./scomm/sc2serialportclass.htm獲得詳情。
4.多線程網(wǎng)絡通信
在網(wǎng)絡通信中使用多線程主要有兩種途徑,即主監(jiān)控線程和線程池。
4.1主監(jiān)控線程
這種方式指的是程序中使用一個主線程監(jiān)控某特定端口,一旦在這個端口上發(fā)生連接請求,則主監(jiān)控線程動態(tài)使用CreateThread派生出新的子線程處理該請求。主線程在派生子線程后不再對子線程加以控制和調度,而由子線程獨自和客戶方發(fā)生連接并處理異常。
使用這種方法的優(yōu)點是:
?。?)可以較快地實現(xiàn)原型設計,尤其在用戶數(shù)目較少、連接保持時間較長時有表現(xiàn)較好;
(2)主線程不與子線程發(fā)生通信,在一定程度上減少了系統(tǒng)資源的消耗。
其缺點是:
?。?)生成和終止子線程的開銷比較大;
?。?)對遠端用戶的控制較弱。
這種多線程方式總的特點是"動態(tài)生成,靜態(tài)調度"。
4.2線程池
這種方式指的是主線程在初始化時靜態(tài)地生成一定數(shù)量的懸掛子線程,放置于線程池中。隨后,主線程將對這些懸掛子線程進行動態(tài)調度。一旦客戶發(fā)出連接請求,主線程將從線程池中查找一個懸掛的子線程:
?。?)如果找到,主線程將該連接分配給這個被發(fā)現(xiàn)的子線程。子線程從主線程處接管該連接,并與用戶通信。當連接結束時,該子線程將自動懸掛,并進人線程池等待再次被調度;
?。?)如果當前已沒有可用的子線程,主線程將通告發(fā)起連接的客戶。
使用這種方法進行設計的優(yōu)點是:
?。?)主線程可以更好地對派生的子線程進行控制和調度;
?。?)對遠程用戶的監(jiān)控和管理能力較強。
雖然主線程對子線程的調度要消耗一定的資源,但是與主監(jiān)控線程方式中派生和終止線程所要耗費的資源相比,要少很多。因此,使用該種方法設計和實現(xiàn)的系統(tǒng)在客戶端連接和終止變更頻繁時有上佳表現(xiàn)。
這種多線程方式總的特點是"靜態(tài)生成,動態(tài)調度"。
| |
|